Brevet FR2952419A1 — publié le 20110513

DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN BUCHES POUR INSTALLATIONS DE CHAUFFAGE AU BOIS ET BUCHE AMELIOREE POUR UTILISATION AVEC LEDIT DISPOSITIF. La présente invention concerne le domaine des installations de chauffage, comme par exemple des foyers de cheminées, des poêles, des chaudières ou des inserts, alimentés au moyen de bûches de bois. Elle concerne plus particulièrement un dispositif conçu pour assurer l'alimentation en bûches d'une telle installation. Elle concerne également une bûche de type amélioré pour utilisation avec ledit dispositif. Tant pour des raisons de convivialité que d'économie d'énergie dans une période où le coût des énergies fossiles a grandement augmenté, les installations destinées au chauffage de locaux d'habitation alimentés par du bois ont connu un regain de succès important. Outre un coût de fonctionnement moindre, ces installations présentent en effet une efficacité supérieure en terme de chauffage pour autant que les 20 locaux ainsi équipés soient correctement isolés et ventilés. Parmi les principaux inconvénients de ce type d'installation figurent la nécessité de stocker des pièces de bois ou bûches de dimension appropriée, et d'assurer une alimentation régulière en bois. Un autre inconvénient de taille résulte de la dissipation, parfois importante, des calories lors de la combustion, en fonction du type de bois utilisé. Une combustion trop rapide ou non maîtrisée a pour conséquence des performances moindres et une consommation en combustible élevée. 30 Pour remédier à ces difficultés, diverses solutions ont été proposées. Il existe d'abord des bûches synthétiques qui sont conçues à partir de bois reconstitué ou de matériaux compactés, tels du papier ou des copeaux de bois et qui sont configurées de différentes manières pour à la fois faciliter 35 leur manipulation et améliorer la combustion, parfois au moyen d'additifs. Un exemple de ce type est décrit dans le document US 4 120 666. 25 Ces modalités ne sont pas pleinement satisfaisantes, dans la mesure où d'une part les coûts de fabrication sont élevés et où d'autre part la durée de combustion reste insuffisante en terme de rendement thermique. Egalement, l'utilisation de matériau ou d'additifs non naturels n'est pas toujours souhaitée et constitue en outre un facteur de renchérissement des coûts. II existe par ailleurs des dispositifs permettant d'alimenter plusieurs bûches sans avoir à recharger trop fréquemment l'installation. Un exemple de 10 dispositifs de ce type est décrit dans le brevet US 5 462 046. Selon ce dispositif de l'art antérieur, un foyer est séparé de la structure de mur contre laquelle il est positionné par un espace qui rejoint et communique avec l'extérieur par le dessus du foyer. L'ouverture qui est 15 ainsi définie permet d'introduire des pièces de bois ou des bûches qui sont empilées les unes sur les autres en partie arrière du foyer, un mécanisme permettant ensuite à intervalles réguliers l'alimentation du foyer par le bas. Cette solution est certes ingénieuse mais elle reste lourde en terme de 20 structure et elle occupe un volume important. L'invention se propose donc de remédier aux différents inconvénients signalés ci-dessus en proposant une bûche améliorée présentant des caractéristiques de combustion supérieures à la normale, ainsi qu'un 25 dispositif permettant l'alimentation en bûches de ce type sur tout type d'installation de chauffage fonctionnant au bois. Plus particulièrement, la bûche selon l'invention comporte un alésage central prévu pour communiquer avec une admission d'air, les bûches étant 30 placées sur un support comportant des moyens de séparation et des moyens pour la récupération des résidus de combustion. L'invention sera mieux comprise au travers de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, et en référence 35 aux figures annexées, dans lesquelles : 5 - la figure 1 est une vue en plan d'une bûche améliorée selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif d'alimentation selon l'invention à l'intérieur d'un foyer de cheminée, - la figure 3 est une vue du dessus du foyer et du dispositif représentés à la figure 2, et - la figure 4 illustre une variante d'application du dispositif selon l'invention 10 qui est ici raccordé à un circuit de chauffage d'eau. En référence aux dessins annexés, et plus particulièrement la figure 1, la bûche améliorée selon l'invention, qui est désignée sous le chiffre de référence 1, est composée d'une pièce de bois choisie parmi des essences 15 présentant de bonnes qualités de combustion, comme exemple, mais pas exclusivement, du sapin. Dans l'exemple illustré sur la figure, la bûche améliorée selon l'invention a une forme sensiblement cylindrique et régulière. Ceci ne constitue pas une 20 caractéristique de l'invention, et des formes différentes ou moins régulières peuvent être envisagées. De préférence, au moins une des bases de la bûche sera conformée pour présenter une surface plane et sans aspérités. La bûche (1) est caractérisée en ce qu'elle comporte une structure interne 25 creuse. Cette structure interne creuse est réalisée par un alésage (2) pratiqué selon l'axe longitudinal (X-X) de la bûche, dans sa partie centrale. L'alésage (2) définit un parcours traversant la bûche (1) de part en part selon son axe longitudinal (X-X), et ouvert à ses deux extrémités (2', 2") opposées. L'alésage (2) est réalisé sans modification de la structure 30 externe de la bûche et sans introduction d'additifs ou autre composés. La bûche améliorée (1) selon l'invention ainsi configurée est ensuite disposée de manière appropriée sur le dispositif d'alimentation selon l'invention, comme il sera décrit plus en détail ci-dessous. 35 Le parcours interne défini par l'alésage (2) à l'intérieur de la bûche (1) permet après allumage d'assurer un flux d'air qui apportera de manière régulière le comburant nécessaire à la combustion du bois, qui se développera ainsi par l'intérieur et non plus par l'extérieur. Ce circuit aéraulique favorise une combustion lente avec une perte de calories réduite au minimum, tout en canalisant les fumées et gaz de combustion à évacuer. Ceci présente pour avantage d'offrir des performances calorifiques optimisées, et d'autre part, de permettre d'économiser le combustible. Selon les mesures qui ont été effectuées à partir de pièces de bois en sapin, sensiblement cylindriques, d'une hauteur d'environ 50 cm pour un diamètre de 25 cm et comportant un alésage central de diamètre d'environ 80 mm, on a mesuré une durée de combustion de l'ordre de trois heures et demi avant effondrement de la bûche. Une bûche de type classique présentant les mêmes caractéristiques dimensionnelles a une durée de combustion inférieure à une heure. On a également observé qu'avec la bûche améliorée selon l'invention, le volume de cendres résiduelles après combustion était très inférieur à celui obtenu en utilisant une pièce de bois de type classique, ce qui démontre une combustion plus efficace. Les figures 2 et 3 montrent le dispositif pour alimenter un foyer à bois avec des bûches améliorées selon l'invention. Le dispositif est implanté dans un foyer qui comporte une zone de réception pour le combustible (3), une chambre de combustion (4), un récupérateur de calories (5), une évacuation pour les gaz et les fumées (6), un réceptacle pour la récupération des cendres (7) disposé sous la zone de réception (3), et une admission d'air externe (8). Egalement de manière connue, le foyer est associé à des moyens d'allumage (9), par exemple une résistance électrique, disposés de manière appropriée en aval du circuit d'amenée d'air, et comporte par ailleurs une surface vitrée sur sa partie avant. Le dispositif d'alimentation selon l'invention est conçu pour recevoir une ou 35 plusieurs bûches (1) qui seront l'une après l'autre et séquentiellement déplacées vers une position de combustion. Plus précisément, le dispositif d'alimentation selon l'invention permet de réaliser un cycle de combustion, dans lequel une nouvelle bûche améliorée est amenée en regard de l'admission d'air et des moyens d'allumage du foyer pour initier sa combustion dès que la bûche améliorée précédente est totalement consumée, avec évacuation dans le même temps des cendres résultant de la combustion de ladite bûche précédente. Dans l'exemple représenté sur les figures, un cycle de fonctionnement du dispositif d'alimentation selon l'invention comporte la combustion 10 successives de trois bûches améliorées (1a, lb, 1c). En théorie, ce chiffre peut être inférieur, ce qui cependant ne présenterait guère d'intérêt, sauf si cela correspond à une durée souhaitée de chauffe prédéterminée. De même, ce chiffre peut être supérieur, la limite étant 15 dans ce cas imposée par les dimensions du dispositif et du foyer. Le dispositif d'alimentation en bûche améliorée selon l'invention est composé d'une plaque support (10) pour les bûches (1), qui peut avantageusement avoir une forme circulaire, et dont une partie au moins 20 est découpée. La plaque support (10) qui définit la zone de réception (3) pour le combustible, est engagée sur un axe central (11) vertical, et comporte au moins un élément de séparation (12) disposé en rotation autour de l'axe central (11) de manière à définir sur la surface supérieure de la plaque support au moins deux zones de réception pour les bûches, 25 de dimensions sensiblement équivalentes, dont l'une recouvre essentiellement la partie découpée de la plaque support (10) et l'autre est pleine. Une des zones de réception ainsi délimitées sur la partie pleine de la plaque support (10) comporte un orifice passant (10') positionné sensiblement à équidistance de son centre et de ses bords périphériques. 30 En cas de pluralité de zones de réception, l'orifice (10') sera ménagé dans l'une des zones adjacentes à la partie découpée de la plaque support (10). Le diamètre de l'orifice passant (10') est défini de manière à correspondre au diamètre de l'embouchure de l'admission d'air (8). 35 Le déplacement des éléments de séparation (12) est commandé par des moyens de transmission mécaniques, par exemple une transmission à chaîne associée à un moteur électrique (15). Dans l'exemple de la figure 3, la plaque support (10) comporte deux éléments de séparation (12) qui sont ici positionnés à angle droit selon l'axe central (11). Les éléments de séparation (12) sont mobiles en rotation autour de l'axe central (11), la plaque support (10) étant fixe. Les éléments de séparation (12) définissent sur la plaque support (10) quatre zones (13a, 13b, 13c, 13d) de dimensions sensiblement équivalentes, l'orifice passant (10') étant ici ménagé dans la zone de réception (13a). Avant allumage du foyer, la plaque support (10) est organisée de telle sorte que trois des zones de réception précédemment définies sur la partie pleine de la plaque (10), respectivement (13a, 13b 13c), soient pourvues chacune d'une bûche améliorée selon l'invention, respectivement (la, lb, 1 c). Eventuellement, des moyens de blocage peuvent être prévus pour maintenir les bûches en position, par exemple des butées, des griffes ou des picots sur la surface de la plaque support. La quatrième zone de réception (13d), qui correspond à la partie découpée de la plaque support (10), est placée en correspondance de l'ouverture supérieure (7') du réceptacle pour la récupération des cendres (7) qui est disposé sous la plaque support (10). Le réceptacle (7) comporte un volet d'obturation (7") prévu pour recouvrir l'ouverture (7') une fois les braises récupérées. En admettant un sens de rotation anti-horaire (l'inverse étant parfaitement possible), la bûche améliorée (la) de la zone de réception (13a) qui précède immédiatement la zone (13d) au regard de l'ouverture (7') de récupération des cendres et braises, est disposée de telle sorte que l'ouverture inférieure (2') de son alésage central (2) soit en correspondance de l'arrivée de l'admission d'air externe (8), à travers l'orifice passant (10') de la zone de réception (13a). Selon une forme de réalisation préférentielle, l'air est alimenté par l'ouverture inférieure (2') en extrémité de l'alésage (2) interne de la bûche (1), l'évacuation des résidus gazeux se faisant par l'ouverture opposée (2") en partie supérieure de la bûche (1). Bien qu'il soit parfaitement possible de prévoir un flux dans le sens inverse, avec apport de comburant par le haut, il est apparu à l'utilisation q ue les performances étaient optimisées avec une configuration de ce type. En actionnant les moyens d'allumage (9), on provoque l'inflammation de la première bûche améliorée (la) au travers de son alésage central (2). La combustion est assurée le long de la paroi interne de ladite bûche grâce à la circulation d'air entre les ouvertures inférieures (2') et supérieures (2") qui fournit le comburant nécessaire. La partie supérieure de la bûche améliorée (la) est prolongée par le dispositif d'évacuation des gaz et des fumées (6), qui est disposé à une distance suffisante de ladite bûche pour définir une zone de combustion qui constitue la chambre de combustion (4). A l'issue de la combustion, la première bûche améliorée (la) s'étant consumée par l'intérieur, va s'effondrer sur elle-même. A ce stade, on réalise une première rotation des éléments de séparation (12) de la plaque support (10), qui se fait dans l'exemple choisi, d'un quart de tour dans le sens anti-horaire. Cette première rotation déplace les braises de la première bûche améliorée (la) qui vient de se consumer sur la première zone de réception (13a) vers la zone (13d) d'ouverture et de récupération des cendres. La plaque support (10) étant fixe, le déplacement des éléments de séparation (12) entraîne les braises vers la partie découpée de la plaque. Le volet d'obturation (7") du réceptacle (7) est alors ouvert et les braises sont récupérées par gravité. Le volet (7") est ensuite refermé pour éviter la dissipation de la chaleur dégagée par les braises. Cette première rotation des éléments de séparation (12) de la plaque support (10) a également pour conséquence de déplacer la deuxième bûche améliorée (lb) de sa zone de réception (13b) initiale, vers la zone de réception (13a) qu'occupait précédemment la première bûche améliorée (1 a) qui vient d'être consumée. La troisième bûche améliorée (1c) qui occupait initialement la zone de réception (13c) est déplacée vers la zone de réception (13b) occupée précédemment par la deuxième bûche améliorée (1 b) à présent en position de combustion, et la zone de réception (1c) est vide. La deuxième bûche améliorée (lb) est alors allumée et se consume de la même manière que la précédente. A l'issue de la combustion de la deuxième bûche améliorée (1 b), on réalise une deuxième rotation des éléments de séparation (12) de la plaque support (10) autour de l'axe central (11). Cette deuxième rotation déplace les résidus de combustion de la deuxième bûche améliorée (lb) de la zone de réception (13a) vers la zone (13d) définie par la partie découpée de la plaque support (10), et positionnée en correspondance du réceptacle (7). Les braises sont collectées comme précédemment. Dans le même temps, la troisième bûche améliorée (1c) est déplacée de sa zone de réception (13b) vers la zone de réception (13a) qu'occupait précédemment la deuxième bûche améliorée (lb) qui vient d'être consumée. A ce stade, les zones de réception (13b et 13c) sont vides. La troisième bûche (1c) est alors allumée et le cycle se poursuit de la même manière que précédemment. Une fois la troisième bûche améliorée (1c) totalement consumée, on réalise une troisième rotation des éléments de séparation (12) de la plaque support (10) pour à nouveau récupérer les braises. A ce stade, les trois zones pleines (13a, 13b, 13c) de la plaque (10) sont inoccupées. Selon différentes variantes de réalisation, la partie découpée de la plaque support (10) peut être totalement ouverte, ou encore réalisée en ajourant la matière dans la zone correspondante. II est également possible de prévoir une grille recouvrant la parte découpée de la plaque support (10). Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, un cycle de combustion utilise trois bûches à la suite l'une de l'autre sans qu'il soit nécessaire d'intervenir pour recharger le foyer, ce qui représente une durée de chauffe continue et régulière supérieure à 10 heures. De même, l'invention n'est pas limitée au mode de mise en oeuvre 35 comportant une surface de réception unique, tel que décrit ci-dessus à titre d'exemple. Si une puissance de chauffe importante est nécessaire, on peut parfaitement prévoir d'utiliser plusieurs plaques support (10) recevant des bûches qui seront montées en parallèle, avec une phase d'allumage simultané des bûches, pour ainsi augmenter la puissance calorifique de l'installation. Selon une forme de réalisation avantageuse, le dispositif d'alimentation peut être couplé à un dispositif complémentaire de recharge (20), pour assurer une alimentation en continue, comme montré sur les figures 2 et 3. Lorsqu'un dispositif de recharge (20) est associé au dispositif d'alimentation, chaque rotation des éléments séparateurs (12) de la plaque support (10) a notamment pour conséquence de libérer une des zones de réception (13a, 13b, 13c), puisque la bûche qui est placée sur la zone de réception (13a) située juste avant la zone (13d) de récupération des cendres a été entièrement brûlée. En fait, dans l'exemple de mise en oeuvre représenté, c'est la zone de réception (13c) située immédiatement après la zone (13d) de récupération des cendres qui sera libérée en premier. Le dispositif de recharge sera donc disposé de manière à pouvoir alimenter la zone (13c) au moyen d'une nouvelle bûche améliorée (1) dès que ladite zone est libérée. Dans l'exemple représenté, le dispositif complémentaire de recharge (20) est formé d'un caisson à l'intérieur duquel plusieurs bûches améliorées selon l'invention sont déposées. La partie ouverte du caisson située en correspondance du foyer comporte des moyens de fermeture (non représentés), par exemple un volet, dont l'ouverture, respectivement la fermeture, peuvent être commandées en fonction des cycles de combustion successifs. La figure 4 représente une extrapolation du dispositif selon l'invention, qui est ici appliqué à un système de chauffage central à eau. Le circuit d'eau est positionné de manière à entourer la zone de combustion et la zone de réception des braises, et ainsi assurer un réchauffement optimal de l'eau. Le dispositif d'alimentation en bûche améliorée selon la présente invention permet donc d'assurer des cycles de combustion d'une durée supérieure à une dizaine d'heures, ce qui permet, même lorsque ce dispositif n'est pas couplé à un dispositif complémentaire de recharge, de couvrir une période beaucoup plus longue qu'avec les dispositifs de type connu. De surcroît, l'utilisation de plusieurs bûches de type amélioré permet d'assurer une combustion régulière et donc d'éviter toute variation dans la chaleur qui est dissipée et donc d'assurer un réchauffement uniformisé et régulier du local dans lequel l'installation est implantée. Egalement, la régularité de combustion permet d'éviter des dégagements de fumée irréguliers et parfois importants et donc de réguler au mieux les rejets. L'optimisation de la combustion réduit grandement le volume de résidus et cendres qui sont récupérés. En prévenant l'accumulation de résidus de combustion, qui sont donc récupérés en continu, on évite un encrassement prématuré du foyer et de ses composants. Enfin, en récupérant les cendres et résidus de combustion dans un réceptacle qui peut être obturé, on évite une dissipation des calories et on augmente l'autonomie du dispositif. En mesurant le temps de chauffe supplémentaire obtenu au moyen de la chaleur dégagée par les cendres et braises récupérés, et réinjectée dans le circuit de chauffe, on peut décaler dans le temps l'allumage de la bûche améliorée suivante. Selon une forme de réalisation préférentielle, le cycle de fonctionnement du dispositif d'alimentation en bûche améliorée selon l'invention peut être automatisée en fonction de paramètres prédéfinis correspondant au type de bois utilisé et/ou à la dimension des bûches améliorées. Dans ce cas , le dispositif selon l'invention sera avantageusement couplé à 30 une régulation automatisée, comme par exemple une commande électronique, associée à des sondes de température. Egalement, on peut envisager une régulation mécanique de l'alimentation en air, par exemple en associant le dispositif selon l'invention à une 35 soufflerie. REVENDICATIONS1. Dispositif d'alimentation en bûches pour installations de chauffage au bois, du type comportant une zone de réception pour le combustible (3), une chambre de combustion (4), un récupérateur de calories (5), une évacuation pour les gaz et les fumées (6), un réceptacle pour la récupération des braises (7) disposé sous la zone de réception (3), une admission d'air externe (8) et des moyens d'allumage (9), caractérisé en ce que la zone de réception (3) pour le combustible est constituée d'une plaque support (10) dont une partie au moins est découpée, ladite plaque étant engagée sur un axe central (11) et comportant dans sa partie pleine un orifice passant (10') positionné sensiblement à équidistance du centre de la plaque et de sa bordure périphérique, le diamètre de l'orifice passant (10') étant défini de manière à correspondre au diamètre de l'embouchure de l'admission d'air (8). 2 Dispositif d'alimentation en bûches pour installations de chauffage au bois selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque support (10) 20 est sensiblement circulaire. 3. Dispositif d'alimentation en bûches pour installations de chauffage au bois selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la plaque support (10) comporte au moins un élément de séparation (12) 25 disposé en rotation autour de l'axe central (11) de manière à définir sur la plaque support (10) au moins deux zones de réception de dimensions sensiblement équivalentes, dont l'une recouvre essentiellement la partie découpée de la plaque support (10). 30 4. Dispositif d'alimentation en bûches pour installations de chauffage au bois selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'orifice passant (10') est ménagé dans l'une des zones adjacentes à la partie découpée de la plaque support (10). 35 5. Dispositif d'alimentation en bûches pour installations de chauffage au bois selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie découpée de la plaque support (10) est recouverte d'une grille. 116. Dispositif d'alimentation en bûches pour installations de chauffage au bois selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est couplé à un dispositif complémentaire de recharge (20) pour assurer la réalisation en continue de plusieurs cycles de combustion. 7. Dispositif d'alimentation en bûches pour installations de chauffage au bois selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est couplé à une régulation automatisée. 10 8. Bûche améliorée pour la mise en oeuvre du dispositif d'alimentation en bûches pour installations de chauffage au bois selon l'une des revendication 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une structure interne creuse réalisée par un alésage (2) définissant un parcours traversant la bûche (1) de part en part selon son axe longitudinal et ouvert 15 à ses deux extrémités (2', 2") opposées. 9. Bûche selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'alésage (2) est réalisé sans modification de la structure externe de la bûche et sans introduction d'additifs ou autre composés. 10. Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif d'alimentation en bûches pour installations de chauffage au bois selon l'une des revendication 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte le déplacement séquentiel des bûches vers leur position de combustion. 25 11. Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif d'alimentation en bûches pour installations de chauffage au bois selon l'une des revendication 1 à 7 ou la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte une phase d'allumage simultané de plusieurs bûches disposées sur des plaques 30 support (10) montées en parallèle pour augmenter la puissance calorifique de l'installation. 20 35