Brevet FR2947328A1 — publié le 20101231

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine des systèmes, appareils et dispositifs de chauffage, plus particulièrement des dispositifs de chauffage par combustion de combustible solide fragmenté, notamment en éléments de faible dimension du type granulés (ou "pellets"), introduits progressivement en flux régulier contrôlé. De nombreux dispositifs et appareils de chauffage du type précité sont déjà connus dans l'état de la technique, en particulier pour des granulés sous forme de comprimés à base de bois ou de biomasse combustible. Ainsi, les documents US-A-5 133 266, DE-A-4200721, DE-U-9218953 et EP-1 327 825 divulguent des constructions de tels dispositifs de chauffage, les trois premiers pour un chauffage plutôt localisé et le quatrième pour un chauffage plus réparti, dans différents volumes. Toutefois, dans ces constructions connues de dispositifs de chauffage, l'alimentation en air de combustion, forcée ou non, du lit de braise n'est pas optimale pour les différentes puissances de fonctionnement possibles, c'est-à-dire pour différents volumes de combustible présents dans les foyers desdits dispositifs de chauffage. Par les documents US-A-1 133 200 et EP-A-O 977 965, on connaît un brûleur à combustible solide, notamment pour appareil de chauffage, qui présente une structure cylindrique à double paroi, à savoir une paroi intérieure perforée en contact avec le combustible et une paroi externe pleine réalisant un chemisage extérieur autour de la paroi perforée. L'air de combustion est amené dans le volume interstitiel entre les deux parois concentriques, de manière naturelle ou forcée. Toutefois, ces constructions de brûleurs ne sont pas adaptées pour produire une flamme attrayante en présence d'une faible quantité de braise et peuvent aboutir à une alimentation en air dissymétrique, à savoir plus intense du côté de l'arrivée d'air localisée, et donc à une combustion moins efficace. La présente invention a notamment pour but de pallier les inconvénients précités. A cet effet, elle a pour objet un dispositif de chauffage par combustion de combustible solide fragmenté sous forme de granulés, de -2- copeaux, de poudre, de grains, de boulettes ou analogues, ledit dispositif comportant au moins un arrangement comprenant, d'une part, une chambre de combustion, préférentiellement au moins partiellement délimitée par une paroi transparente ou translucide, d'autre part, un contenant en forme de pot ajouré formant brûleur ou foyer, disposé dans le fond de la chambre de combustion et ouvert sur cette dernière à son extrémité supérieure et, enfin, un compartiment inférieur de récupération des cendres situé sous le brûleur, ce dernier étant fermé à son extrémité inférieure par une paroi ajourée formant fond et autorisant le passage des cendres vers le compartiment inférieur sous jacent, dispositif caractérisé en ce que le contenant en forme de pot présente une structure tronconique s'élargissant en direction de son extrémité supérieure ouverte, en ce que sa paroi latérale en tronc de cône présente une pluralité d'ouvertures ou de perforations réparties sur son pourtour et en ce que lesdites perforations dudit contenant en forme de pot tronconique ajouré débouchent dans un compartiment intermédiaire délimitant une chambre sensiblement étanche aux gaz, alimentée en air de combustion par un ou plusieurs passages d'admission débouchant sur l'extérieur et préférentiellement à ouverture réglable. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un appareil de 25 chauffage selon l'invention ; la figure 2 est une vue partielle en coupe du dispositif représenté sur la figure 1, montrant notamment les trois compartiments ou chambres et les caissons qui les délimitent ; la figure 3 est une vue de détail à une échelle différente du 30 compartiment intermédiaire recevant le brûleur et faisant partie du dispositif de chauffage selon l'invention, et, la figure 4 est une vue de détail à une échelle différente de l'interface entre le compartiment intermédiaire et le compartiment inférieur, représentés sur la figure 2 notamment. 35 Les figures 1 et 2 montrent un dispositif 1 de chauffage par combustion de combustible solide fragmenté sous forme de granulés, de copeaux, de poudre, de grains, de boulettes ou analogues. -3- Ce dispositif 1 comporte au moins un arrangement comprenant, d'une part, une chambre de combustion 2, préférentiellement au moins partiellement délimitée par une paroi transparente ou translucide, d'autre part, un contenant 3 en forme de pot ajouré formant brûleur ou foyer, disposé dans le fond 2' de la chambre de combustion 2 et ouvert sur cette dernière à son extrémité supérieure et, enfin, un compartiment inférieur 4 de récupération des cendres situé sous le brûleur 3, ce dernier étant fermé à son extrémité inférieure par une paroi ajourée 3' formant fond et autorisant le passage des cendres vers le compartiment inférieur 4 sous-jacent. De manière connue, l'alimentation en combustibles de la chambre de combustion 2 peut s'effectuer par déversement contrôlé sous l'action de la gravité depuis une trémie d'alimentation, ou de manière dynamique, par l'intermédiaire d'un moyen de convoyage, par exemple sous la forme d'un conduit muni d'un vis d'Archimède entraînée en rotation, prélevant le combustible dans un réservoir de stockage et l'acheminant progressivement dans la chambre de combustion. En outre, la circulation d'air à réchauffer, ainsi que l'évacuation des fumées dans un dispositif de chauffage 1 selon l'invention, sont également connues en soi. Conformément à l'invention, le contenant en forme de pot 3 présente une structure tronconique s'élargissant en direction de son extrémité supérieure ouverte 3", en ce que sa paroi latérale 3' en tronc de cône présente une pluralité d'ouvertures ou de perforations 5 réparties sur son pourtour et en ce que lesdites perforations 5 dudit contenant 3 en forme de pot tronconique ajouré débouchent dans un compartiment intermédiaire 6 délimitant une chambre sensiblement étanche aux gaz 6', alimentée en air de combustion par un ou plusieurs passages d'admission 7 débouchant sur l'extérieur et préférentiellement à ouverture réglable, ladite chambre 6' permettant une répartition de l'air autour du corps tronconique du brûleur 3, de manière à alimenter sensiblement uniformément les différents orifices 5 de la paroi latérale 3'. La forme tronconique du brûleur 3 permet, même pour de faibles quantités, d'obtenir une bonne concentration du combustible par simple action de la pesanteur et donc une meilleure efficacité de combustion, ainsi que des flammes plus attrayantes, bien visibles au niveau de la chambre de combustion. -4- De plus, la pluralité de perforations 5 réparties sur la paroi latérale tronconique 3' permet d'amener au-dessus des braises présentes dans le brûleur 3 une quantité d'air variable fonction du volume desdites braises, ladite quantité pouvant être régulée de manière précise, le cas échéant au niveau d'un unique passage d'admission 7. En outre, la chambre étanche 6' délimitée par le compartiment intermédiaire 6 forme ainsi, autour du brûleur 3, une chambre d'homogénéisation et de répartition de l'air de combustion permettant d'alimenter ledit brûleur 3 de manière symétrique, régulière et adaptée à la puissance de chauffe. Selon une première caractéristique de l'invention, ressortant plus particulièrement des figures 2 et 3 des dessins annexés, les perforations 5 de la paroi latérale 3' du contenant en forme de pot tronconique 3 sont arrangées en plusieurs rangées, préférentiellement environ cinq, réparties sur sa hauteur, en étant disposées de manière sensiblement équidistante sur son pourtour pour chaque rangée. Ainsi, non seulement la surface latérale du brûleur 3 augmente linéairement avec l'épaisseur du lit de braises, mais en outre la puissance de chauffage fournie est contrôlée directement par cette épaisseur tout en garantissant une combustion optimale en termes d'efficacité, de réduction des émissions polluantes et une valeur faible du taux de résidus solides imbrûlés. Les différents étages de perforations 5 d'injection d'air dans le volume interne du brûleur 3, dans lesquels lesdites perforations peuvent ou non être équidistantes, avec une valeur de pas identique ou non entre les différents étages ou rangées, permettent d'aboutir à un mélange optimal entre l'air de combustion amené de l'extérieur et les gaz de combustion. L'arrangement étagé des perforations 5 permet d'amener l'air de combustion aux différentes zones superposées de réalisation des différentes phases de la combustion du combustible solide et en accord avec le mode de fonctionnement optimal d'un tel brûleur 3 (braises, gaz de pyrolyse, ...), ce avec réduction du taux d'imbrûlés et génération d'une flamme similaire à un feu de bûches de bois, même avec une quantité minimale de braises. En accord avec un mode de réalisation avantageux, le compartiment intermédiaire 6 renfermant la paroi latérale 3' ajourée dudit pot tronconique formant brûleur 3 est constitué par un caisson disposé sous la chambre de combustion 2 et assemblé avec le fond 2' du caisson -5- supérieur 2" délimitant cette chambre de combustion 2, ledit caisson intermédiaire 6 délimitant la chambre étanche 6' de répartition d'air présentant avantageusement une extension latérale sensiblement équivalente, voire supérieure, à celle de ladite chambre de combustion 2 et une hauteur sensiblement équivalente à celle du pot tronconique 3. Compte tenu de ces dispositions, l'air de combustion n'est amené dans le volume interne du brûleur 3 qu'à travers les perforations 5 de la paroi latérale 3', laquelle est totalement comprise dans le compartiment étanche 6'. De ce fait, on aboutit à une répartition plus homogène et mieux contrôlée de l'air de combustion, l'air extérieur éventuellement introduit à travers un unique passage à flux contrôlé se répand dans un volume important avant son injection dans le brûleur 3. Ainsi, le brûleur 3 est en fait en relation avec les trois compartiments formant le dispositif de chauffage 1, à savoir, par son ouverture supérieure 3" avec le compartiment supérieur formant la chambre de combustion 2, par son fond ajouré 3' avec le compartiment inférieur 4 de récupération des cendres et à travers sa paroi latérale conique ajourée avec la chambre étanche 6' de répartition d'air délimitée par le compartiment intermédiaire 6. Le caisson 6 peut éventuellement présenter une fente ou un alignement d'orifices 18 le long de son bord s'étendant sous la paroi vitrée formant l'une des faces ou formant la face ouverte du compartiment de la chambre de combustion 2. Cette disposition permet ainsi de générer une lame d'air circulante venant lécher la face interne de ladite paroi vitrée (par exemple la porte d'accès). Conformément à une autre caractéristique de l'invention, ressortant plus particulièrement des figures 2 et 3 des dessins annexés, le dispositif 1 de chauffage comprend également, d'une part, un moyen d'allumage 8, par exemple sous la forme d'une résistance chauffante électrique, débouchant au niveau d'une ouverture 9 ménagée dans la partie inférieure de la paroi latérale 3' du pot tronconique 3 formant brûleur, dans le volume intérieur de ce dernier, en étant sensiblement affleurant au niveau de la face interne de ladite paroi latérale 3"', et, d'autre part, une conduite tubulaire 10 de réception du moyen d'allumage 8 et d'alimentation en air comburant à réchauffer par le moyen d'allumage 8, qui est connectée à ladite ouverture 9 et s'étend dans la chambre étanche 6' renfermant le pot -6- tronconique formant brûleur 3, avantageusement jusqu'au passage d'admission d'air de combustion 7 de la chambre étanche 6'. Ainsi, l'invention permet de mettre en place un moyen d'allumage efficient du combustible, alimenté par un flux d'air nécessaire à son fonctionnement, sans compromettre l'alimentation homogène et régulière en air du brûleur 3 à travers sa paroi latérale tronconique perforée 3' uniquement, ni l'étanchéité de la chambre 6' assurant cette dernière fonction. Avantageusement, le conduit tubulaire 10 peut comporter, d'une part, à son extrémité 11 située au niveau du passage d'admission 7 de la chambre étanche 6' renfermant le brûleur 3, un site de montage amovible du moyen d'allumage 8 et, d'autre part, au moins une ouverture d'entrée 11' latérale débouchant dans le volume interne de ladite chambre étanche 6', ledit conduit d'alimentation 10 formant avec le moyen d'allumage 8 un ensemble fonctionnel, solidarisé au contenant en forme de pot 3 formant brûleur au niveau de l'ouverture 9, par exemple par soudure. L'assemblage de l'ensemble fonctionnel [conduit 10 / résistance 8] garantit un positionnement fiable et précis du moyen d'allumage, entraînant un temps d'allumage très court, tout en mettant en oeuvre un moyen d'allumage standard du commerce et sans nécessiter de circuit d'air d'allumage particulier, tout en préservant l'étanchéité de la chambre 6' A titre d'exemple, l'extrémité du conduit tubulaire 10 située au niveau du passage 7 peut présenter un filetage intérieur autorisant le montage par vissage d'une résistance d'allumage 8 du commerce. En outre, le passage 7 facilite le passage des lignes d'alimentation de cette résistance, ainsi que sa maintenance. En accord avec une variante de réalisation préférée de l'invention, le compartiment inférieur 4 de récupération des cendres délimite également une chambre sensiblement étanche 4' destinée à recevoir la boîte à cendres 12, ledit compartiment 4 comportant une porte d'accès, notamment pour l'introduction et l'extraction de ladite boîte à cendres 12 et éventuellement réalisée d'un seul tenant avec cette dernière. On évite ainsi sensiblement une injection d'air interférente par le fond ajouré 3' du brûleur 3 susceptible de perturber la combustion 35 homogène dans ce dernier. Préférentiellement, le compartiment inférieur 4 de récupération des cendres se présente également sous la forme d'un caisson sensiblement -7- étanche aux gaz, qui est disposé sous le compartiment intermédiaire 6 et assemblé avec le fond du caisson définissant ce dernier compartiment 6, ce caisson inférieur 4 étant en communication avec les caissons intermédiaire 6 et supérieur 2" uniquement par l'intermédiaire des ajours 13 du fond 3' rétréci du contenant 3 formant brûleur pour le passage des cendres et des imbrûlés (échange d'air limité entre le contenant 3 et la chambre 4' délimitée par le caisson 4). Afin d'assurer une évacuation efficace des cendres, de réaliser un brassage des fragments de combustibles solides pour favoriser l'allumage ou leur combustion et pour éviter la création de mâchefer, il peut être prévu que le dispositif de chauffage 1 comporte un moyen 14, 15, 16 de récupération active des cendres essentiellement constitué par un organe racleur 14 monté mobile dans la partie inférieure du contenant 3 en forme de pot formant brûleur et par un actionneur destiné à entraîner ledit organe racleur 14, disposé en dehors du compartiment intermédiaire 6 renfermant le brûleur 3 et relié audit organe racleur 14 par un arbre de transmission 16 (sur la figure 1 seule la plaque 15 de fixation de l'actionneur est représentée). Selon une caractéristique de l'invention, et comme le montrent notamment les figures 2 et 4 des dessins annexés, l'actionneur est situé sous le compartiment inférieur 4 de récupération des cendres et la boîte à cendres 12 reçue dans ce dernier présente une conformation adaptée à l'arbre de transmission 16 traversant ledit compartiment inférieur 4, l'organe racleur 14 comportant au moins deux ailes racleuses 14' se déplaçant à faible distance du fond ajouré 3' fermant la partie inférieure du contenant 3 en forme de pot (autorisant la présence d'une fine couche d'imbrûlés) et la répartition des ajours 13 du fond 3' du brûleur 3 étant adaptée à la conformation de la boîte à cendres 12 autour de l'arbre de transmission 16. La fixation de l'organe racleur 14 sur l'extrémité de l'arbre de transmission 16 pourra s'effectuer par exemple de manière amovible par l'intermédiaire d'un simple écrou facilitant ainsi son démontage (figure 4). Cet organe racleur rotatif 14 entraîné par l'arbre 16 traversant le fond 3' du brûleur 3 permet de conserver l'étanchéité de l'ensemble formé par les compartiments 2, 4 et 6, et de forcer le passage des cendres et des matières solides imbrûlées à travers ledit fond 3'. -8- Le nombre, la forme et la nature des ailes ou pales 14' sont bien entendu adaptés en fonction de la nature et du conditionnement du combustible. Compte tenu de la nécessité de prévoir un dégagement pour la boîte à cendres 12 en vue du passage de l'arbre de transmission 16, cette dernière ne peut couvrir la totalité de la surface s'étendant sous le fond 3' ajouré du brûleur 3. Par conséquent, ledit fond 3' ne comportera pas d'ajour au niveau dudit dégagement. En outre, le tampon d'air statique formé dans le compartiment inférieur 4 procure avantageusement une isolation thermique entre le brûleur 3 et l'actionneur 15 logé sous ledit compartiment inférieur 4'. Enfin, en accord avec un mode de réalisation pratique de l'invention, le caisson supérieur 2" délimitant la chambre de combustion 2 est réalisé en fonte, en béton ou briques réfractaire(s) ou en un matériau massif analogue résistant aux températures élevées, avec un fond 2' incliné en direction de l'ouverture supérieure 3" du brûleur 3, les caissons intermédiaire 6 et inférieur 4 sont réalisés en tôle d'acier et l'arrangement structurel desdits trois caissons 2", 6, 4 assemblés entre eux est monté dans une enveloppe 17 formant l'habillage extérieur dudit dispositif de chauffage 1, ce dernier consistant préférentiellement en un poêle à granulés. Le dispositif de chauffage 1 peut être du type encastrable (à monter dans un mur) ou du type appareil de chauffage détaché et séparé. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1) Dispositif de chauffage par combustion de combustible solide fragmenté sous forme de granulés, de copeaux, de poudre, de grains, de boulettes ou analogues, ledit dispositif comportant au moins un arrangement comprenant, d'une part, une chambre de combustion, préférentiellement au moins partiellement délimitée par une paroi transparente ou translucide, d'autre part, un contenant en forme de pot ajouré formant brûleur ou foyer, disposé dans le fond de la chambre de combustion et ouvert sur cette dernière à son extrémité supérieure et, enfin, un compartiment inférieur de récupération des cendres situé sous le brûleur, ce dernier étant fermé à son extrémité inférieure par une paroi ajourée formant fond et autorisant le passage des cendres vers le compartiment inférieur sous jacent, dispositif (1) caractérisé en ce que le contenant en forme de pot (3) présente une structure tronconique s'élargissant en direction de son extrémité supérieure ouverte (3"), en ce que sa paroi latérale (3"') en tronc de cône présente une pluralité d'ouvertures ou de perforations (5) réparties sur son pourtour et en ce que lesdites perforations (5) dudit contenant (3) en forme de pot tronconique ajouré débouchent dans un compartiment intermédiaire (6) délimitant une chambre sensiblement étanche aux gaz (6'), alimentée en air de combustion par un ou plusieurs passages d'admission (7) débouchant sur l'extérieur et préférentiellement à ouverture réglable. 2) Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les perforations (5) de la paroi latérale (3"') du contenant en forme de pot tronconique (3) sont arrangées en plusieurs rangées, préférentiellement environ cinq, réparties sur sa hauteur, en étant disposées de manière sensiblement équidistante sur son pourtour pour chaque rangée. 3) Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le compartiment intermédiaire (6) renfermant la paroi latérale (3"') ajourée dudit pot tronconique formant brûleur (3) est constitué par un caisson disposé sous la chambre de combustion (2) et assemblé avec le fond (2') du caisson supérieur (2") délimitant cette chambre de combustion (2), et en ce que ledit caisson intermédiaire (6), qui délimite la chambre étanche (6') de répartition d'air autour du brûleur (3), présente avantageusement une extension latérale- 10 - sensiblement équivalente, voire supérieure, à celle de ladite chambre de combustion (2) et une hauteur sensiblement équivalente à celle du pot tronconique (3). 4) Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend également, d'une part, un moyen d'allumage (8), par exemple sous la forme d'une résistance chauffante électrique, débouchant au niveau d'une ouverture (9) ménagée dans la partie inférieure de la paroi latérale (3') du pot tronconique (3) formant brûleur, dans le volume intérieur de ce dernier, en étant sensiblement affleurant au niveau de la face interne de ladite paroi latérale (3"'), et, d'autre part, une conduite tubulaire (10) de réception du moyen d'allumage (8) et d'alimentation en air comburant à réchauffer par le moyen d'allumage (8), qui est connectée à ladite ouverture (9) et s'étend dans la chambre étanche (6') renfermant le pot tronconique formant brûleur (3), avantageusement jusqu'au passage d'admission d'air de combustion (7) de la chambre étanche (6'). 5) Dispositif de chauffage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le conduit tubulaire (10) en air comburant réchauffé comporte, d'une part, à son extrémité (11)située au niveau du passage d'admission (7) de la chambre étanche (6') renfermant le brûleur (3), un site de montage amovible du moyen d'allumage (8) et, d'autre part, au moins une ouverture d'entrée secondaire (11') débouchant dans le volume interne de ladite chambre étanche (6'), ledit conduit d'alimentation (10) formant avec le moyen d'allumage (8) un ensemble fonctionnel, solidarisé au contenant en forme de pot (3) formant brûleur au niveau de l'ouverture (9), par exemple par soudure. 6) Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le compartiment inférieur (4) de récupération des cendres délimite également une chambre sensiblement étanche (4') destinée à recevoir la boîte à cendres (12), ledit compartiment (4) comportant une porte d'accès, notamment pour l'introduction et l'extraction de ladite boîte à cendres (12) et éventuellement réalisée d'un seul tenant avec cette dernière. 7) Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le compartiment inférieur (4) de récupération des cendres se présente également sous la forme d'un caisson sensiblement étanche aux gaz, qui est disposé sous le compartiment-11- intermédiaire (6) et assemblé avec le fond du caisson définissant ce dernier compartiment (6), ce caisson inférieur (4) étant en communication avec les caissons intermédiaire (6) et supérieur (2") uniquement par l'intermédiaire des ajours (13) du fond (3') rétréci du contenant (3) formant brûleur pour le passage des cendres et des imbrûlés. 8) Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (14, 15, 16) de récupération active des cendres essentiellement constitué par un organe racleur (14) monté mobile dans la partie inférieure du contenant (3) en forme de pot formant brûleur et par un actionneur destiné à entraîner ledit organe racleur (14), disposé en dehors du compartiment intermédiaire (6) renfermant le brûleur (3) et relié audit organe racleur (14) par un arbre de transmission (16). 9) Dispositif de chauffage selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'actionneur est situé sous le compartiment inférieur (4) de récupération des cendres et en ce que la boîte à cendres (12) reçue dans ce dernier présente une conformation adaptée à l'arbre de transmission (16) traversant ledit compartiment inférieur (4), l'organe racleur (14) comportant au moins deux ailes racleuses (14') se déplaçant à faible distance du fond ajouré (3') fermant la partie inférieure du contenant (3) en forme de pot et la répartition des ajours (13) du fond (3') du brûleur (3) étant adaptée à la conformation de la boîte à cendres (12) autour de l'arbre de transmission (16). 10) Dispositif de chauffage selon les revendications 3 et 7, caractérisé en ce que le caisson supérieur (2") délimitant la chambre de combustion (2) est réalisé en fonte, en béton ou briques réfractaire(s) ou en un matériau massif analogue résistant aux températures élevées, avec un fond (2') incliné en direction de l'ouverture supérieure (3") du brûleur (3), en ce que les caissons intermédiaire (6) et inférieur (4) sont réalisés en tôle d'acier et en ce que l'arrangement structurel desdits trois caissons (2", 6, 4) assemblés entre eux est monté dans une enveloppe (17) formant l'habillage extérieur dudit dispositif de chauffage (1), ce dernier consistant préférentiellement en un poêle à granulés.