Brevet FR2939870A1 — publié le 20100618

La présente invention se situe dans le domaine des appareils domestiques de chauffage à combustion. Plus particulièrement, elle concerne une boîte à fumées à fonction d'épurateur des gaz et fumées de combustion et d'échangeur de chaleur pour des appareils de chauffage à combustibles solides notamment à bois. Les combustibles solides notamment le bois sont connus pour dégager des gaz polluants, et des particules et des micropoussières, ces différents composés se retrouvant dans les fumées. Pour apporter une solution de réduction à ces rejets on a imaginé différents moyens depuis les filtres à poussières avec ou sans effet électrostatique, les pièges à poussières dont l'action est purement mécanique, les cyclones à effet centrifuge, jusqu'aux catalyseurs d'oxydation permettant, en raison de leur température élevée de fonctionnement, de calciner ces particules et poussières. Si les catalyseurs apportent un résultat intéressant dans leur gamme de fonctionnement, ils nécessitent une température élevée pour fonctionner correctement. Or, pendant les phases de démarrage et d'extinction du feu ou encore à allure réduite, la température nécessaire à la catalyse peut ne pas être atteinte si bien que la réaction catalytique ne peut s'effectuer correctement. Par ailleurs, le corps du catalyseur étant placé à la sortie des fumées du foyer dans la naissance du conduit de raccordement ou au-delà, la température des gaz et fumées de combustion se trouve souvent insuffisante pour déclencher et entretenir la réaction de catalyse. La présente invention a pour triple but 2 d'assurer un fonctionnement permanent du catalyseur, du moins le plus longtemps possible même quand le feu est à allure réduite quand il vient de démarrer, ou est en train de s'éteindre, de présenter un bon rendement d'épuration et de rendre les opérations de nettoyage et de ramonage les plus aisées possibles. A cet effet, l'invention se rapporte à une boîte à fumées assurant simultanément les fonctions d'épurateur et d'échangeur de chaleur dans laquelle se trouve placée en partie supérieure une paroi de séparation comportant décentré par rapport à l'entrée et à la sortie de la boîte à fumées le corps d'un catalyseur à face intérieure chauffée, la partie vers l'avant de la paroi de séparation étant occupée par une plaque amovible d'accès au compartiment supérieur et à la naissance du conduit de raccordement à l'évacuation, la boîte à fumées étant pourvue d'un déflecteur inférieur de ralentissement des fumées et d'un déflecteur supérieur proche de la sortie, le corps de la boîte à fumées comportant des dissipateurs sous la forme par exemple d'ailettes, pour transmettre la chaleur à l'air se trouvant entre les parois métalliques de la boîte à fumée et celles de la double enveloppe du corps de l'appareil de chauffage. Les conformations et configurations ci-dessus procurent de nombreux avantages venant s'ajouter au haut rendement d'épuration par la calcination des poussières, à l'oxydation des gaz imbrûlés et à la récupération de la chaleur additionnelle apportée par le fonctionnement du catalyseur. Parmi ceux-ci, on peut citer : . facilité de ramonage et de nettoyage, . accès aisé au catalyseur pour son remplacement, . fonctionnement quasi permanent du catalyseur, . caractère décentré du catalyseur par rapport à la sortie de la boîte à fumées, . présence de déflecteurs améliorant le rendement et la 3 propreté du catalyseur. 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 schématique en coupe transversale d'un foyer surmonté de la boîte à fumées selon l'invention, . la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un foyer surmonté de la boîte à fumées selon l'invention, coupe à travers le bloc catalyseur, . la figure 3 est une vue en perspective du bloc catalyseur dans son ensemble, . la figure 4 est une vue à grande échelle de la partie encerclée de la figure 3 montrant la structure interne du bloc catalyseur. La présente invention concerne une boîte à fumées 1 montée au-dessus du foyer 2 d'un appareil de chauffage 3 notamment, mais non exclusivement, à bois 4 et à porte vitrée avant 5. Cet appareil de chauffage comporte de préférence, mais non exclusivement, une enveloppe externe 6 de récupération de l'air chauffé en face des parois latérales du foyer et celles de la boîte à fumées. Cette enveloppe délimite avec lesdites parois latérales un volume mince de convection 7 le long duquel l'air, admis en partie inférieure est réchauffé pour sortir en partie supérieure par des bouches ou être distribué au-delà du foyer par des gaines aérauliques. Ces bouches et gaines ne sont pas représentées. La boîte à fumées 1 débouche vers le haut par une sortie supérieure 8 sous la forme d'un orifice de sortie sur un conduit de sortie 9 appelé classiquement conduit de raccordement. La boîte à fumées 1 est un volume quasi fermé à entrée inférieure 10 pour le passage des gaz et 4 fumées de combustion en provenance du foyer et à sortie supérieure 8. Ces gaz et fumées de combustion sortent de la boîte à fumées après passage dans un catalyseur. Cette dernière comporte une paroi inférieure 11, légèrement inclinée montante vers le haut sur la majeur partie de sa largeur. Cette paroi inférieure se termine en deça de la paroi latérale avant 12 de la boîte à fumées pour former une ouverture longitudinale déportée 13 d'entrée par laquelle les gaz et fumées de combustion sont admis dans la boîte à fumées. Dans l'exemple représenté, cette ouverture longitudinale s'étend le long de la paroi latérale avant de la boîte à fumées. La paroi inférieure 11 de la boîte à fumées tient lieu de paroi supérieure du foyer. L'inclinaison de cette paroi inférieure 11 et le passage déporté d'entrée de l'ouverture longitudinale 13 ont pour but de ralentir les fumées. La boîte à fumées comporte des parois latérales 14 par exemple pourvues de dissipateurs thermiques par exemple sous la forme d'ailettes 15. La boîte à fumées 1 est divisée en deux compartiments par une cloison de séparation 16 dans laquelle est inséré un bloc catalyseur 17. Il s'agit d'un compartiment inférieur de détente 18 et d'un compartiment supérieur d'évacuation 19. L'emplacement du bloc catalyseur 17 est déporté vers la paroi arrière 20 de la boîte à fumées de manière à allonger le trajet des gaz et fumées de combustion et à décentrer le catalyseur 17 de la zone immédiatement en-dessous de l'orifice de sortie 8. A cet effet, la cloison de séparation 16 présente deux parties : une partie avant 21 à accès libérable et une partie arrière 22 recevant le catalyseur. La partie arrière 22 est réalisée épaisse et massique par exemple en fonte. Une ouverture garnie ou non d'un cadre reçoit le bloc catalyseur 17 monté amovible dans cette ouverture ou ce cadre, de manière à pouvoir l'extraire facilement en vue de son nettoyage et si nécessaire de son remplacement. 5 La partie avant 21 de la cloison de séparation 16 de préférence métallique, est constituée de manière à recevoir au moins un, de préférence deux blocs isolants amovibles tels que 23, permettant de conserver une température élevée dans le compartiment inférieur 18 de la boîte à fumées et de créer un passage d'accès en vue du ramonage et de l'entretien. Comme indiqué, la partie arrière recevant le bloc catalyseur 17 est en fonte, permettant un meilleur maintien en température du bloc catalyseur en vue d'allonger sa durée de fonctionnement lors du chauffage. Afin de ralentir encore les fumées et en plus du déport du catalyseur près de la paroi arrière 20, le bloc catalyseur 17 est également décentré par rapport à la sortie 8 de la boîte à fumées. L'effet est encore amélioré par un déflecteur 24 sous la forme d'une tôle inclinée faisant saillie de la sortie 8 de la boîte à fumées. Ce déflecteur 24 est incliné vers le bas et dirigé vers la paroi avant. Il forme une chicane entre la face supérieure du bloc catalyseur et la sortie 8. A titre de fonction annexe, il dévie les suies et dépôts pouvant chuter du conduit de sortie 9, soit en fonctionnement soit lors du ramonage. La partie avant de la cloison de séparation 16 porte le ou les deux blocs isolants amovibles qui obturent une ouverture d'accès au compartiment d'évacuation de manière à faciliter les travaux de nettoyage et de remplacement de pièces, notamment du bloc catalyseur 17. Le bloc catalyseur 17 peut affecter différentes formes de section circulaire, 6 rectangulaire, carrée. Il est préféré dans le cadre de la présente invention un bloc parallélépipédique tel que celui représenté sur la figure 3. Il s'agit d'un catalyseur du type métallique à canaux multiples 25 formés par la succession de parois longitudinales parallèles 26 et 27, l'ensemble étant délimité par un cadre 28. Les parois parallèles métalliques 26 et 27 réalisées en tôle fine sont reliées entre elles par une structure de liaison 29 en tôle ondulée 30 dont chacun des sommets en arêtes telles que 31 des ondes est solidarisé successivement à l'une puis à l'autre paroi parallèles 26 et 27 délimitant ainsi les canaux parallèles 25 juxtaposés à forme de section sinusoïdale et à base plane. Le long des parois latérales de chacun de ces canaux 25 est déposée une matière catalytique engendrant une réaction de catalyse avec les gaz imbrûlés de la combustion dans le foyer. Là se produit une véritable postcombustion élevant la température du corps de catalyseur permettant l'oxydation des résidus gazeux de combustion incomplète pouvant même aller jusqu'à la calcination ou l'incinération des particules solides et micropoussières contenues dans les fumées. Pour augmenter encore la durée de fonctionnement du catalyseur notamment dans les phases intermédiaires de démarrage et d'extinction du feu et de faible allure, on prévoit l'élévation de température de l'espace voisin de l'entrée du catalyseur par une ou plusieurs résistances électriques telles que 32 du type de celles utilisées comme allumeurs dans les chaudières à gaz. Il s'agit de résistances au carbure de silicium capables de porter quasi immédiatement la température de l'espace l'entourant à des valeurs élevées entre 1000°C et 1500°C. Cette ou ces résistances 32 sont portées par un support 33 et placée(s) à proximité de la face d'entrée 34 du catalyseur 17. On en disposera autant 7 que nécessaire pour obtenir à chaque fois, le surcroît de température suffisant à l'initialisation ou à la poursuite de la réaction de catalyse même au démarrage du feu, lors de son extinction ou en allure réduite. Cette élévation momentanée, mais quasi instantanée et importante de la température permet le fonctionnement quasi immédiat du catalyseur dès la naissance du feu, c'est-à-dire la production de fumées. La boîte à fumées selon l'invention peut comporter à l'avant, comme sur l'exemple représenté, un bloc ou compartiment ou caisson frontal 35 décoratif ou accumulateur de chaleur. Dans ce dernier cas, le fonctionnement du catalyseur est encore amélioré. REVENDICATIONS1. Boîte à fumées pour un appareil de chauffage domestique à combustible solide notamment à bois présentant une entrée inférieure (10) et une sortie supérieure (8) sous la forme d'un orifice prolongé par le départ d'un conduit de sortie (9) caractérisé en ce qu'elle comporte dans sa partie supérieure une cloison de séparation (16) dans la partie arrière de laquelle est placé un bloc catalyseur (17) en position décentrée par rapport à l'entrée (10) et à la sortie (8) de la boîte à fumées, ladite cloison de séparation (16) comportant une ouverture d'accès, obturée de façon amovible par au moins un bloc isolant permettant un accès aisé pour les travaux de ramonage et d'entretien. 2. Boîte à fumées selon la revendication 1 caractérisée en ce que le bloc catalyseur (17) est placé à l'opposé de la face avant de la boîte à fumées. 3. Boîte à fumées selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que le bloc catalyseur (17) est amovible. 4. Boîte à fumées selon la revendication 1 caractérisée en ce que la cloison de séparation (16) est épaisse et isolante. 5. Boîte à fumées selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le support du catalyseur (17) est épais et massique. 6. Boîte à fumées selon la revendication 1 caractérisée en ce que la paroi inférieure (11) de la boîte à fumées est inclinée vers le haut. 7. Boîte à fumées selon la revendication 1 caractérisée en ce que le passage d'entrée des gaz et fumées de combustion dans la boîte à fumées est une ouverture longitudinale déportée (13) qui s'étend le long de la paroi avant de la boîte à fumées. 8. Boîte à fumées selon la revendication 1 9 caractérisée en ce que l'orifice de la sortie (8) de la boîte à fumées présente un déflecteur (24) du côté du bloc catalyseur (17), ce déflecteur (24) étant un plan incliné vers le bas et dirigé vers la paroi avant de la boîte à fumées. 9. Boîte à fumées selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 caractérisée en ce que le bloc catalyseur (17) est métallique. 10. Boîte à fumées selon la revendication 9 caractérisée en ce que le bloc catalyseur métallique (17) est formé d'une série de parois parallèles (26) et (27) de tôle mince réunies entre elles par les arêtes (31) d'une tôle ondulée (30) formant une structure de liaison (29) de manière à former une multitude de canaux parallèles (25) sur les surfaces latérales desquels une matière à effet catalytique est déposée.