Brevet FR3011314A1 — publié le 20150403

- 1 - BRÛLEUR À COMBUSTIBLES SOLIDES DU TYPE BIOMASSE Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des appareils à combustion. Elle se rapporte plus particulièrement à un brûleur à combustibles de type biomasse tels que granulés. Brève description de l'antériorité Traditionnellement, le terme biomasse regroupe l'ensemble des sources énergétiques provenant de la dégradation de la matière organique produite à partir de l'énergie solaire transformée par les plantes et utilisées soit directement soit après une méthanisation de la matière organique (biogaz) ou de nouvelles transformations chimiques. De nombreux dispositifs permettent ainsi de brûler des combustibles de type biomasse tels que sciures, bûches, pailles, déchets végétaux, noix de coco etc. Parfois présentés sous forme de granulés ou de pelés. Parmi les dispositifs destinés à brûler ce type de combustibles de type biomasse, l'alimentation en combustible s'effectue le plus généralement selon trois méthodes suivantes : - le combustible est inséré directement et en totalité dans la chambre de combustion au démarrage de l'appareil, - le combustible est introduit par le haut de la chambre de combustion tout au long de ladite'combustion, le combustible est introduit au coeur du lit fluidisé au sein de la chambre de combustion tout au long de ladite combustion par une vis sans fin. Dans la première méthode, la totalité du combustible est insérée dans la chambre de combustion dès le démarrage du brûleur. Cette méthode a notamment comme effet négatif de gêner la combustion continue et intégrale des combustibles en agrégeant ce dernier. Dans la seconde méthode, l'alimentation régulière s'effectue par le haut. Cela présente comme inconvénient que la matière rentre en chute libre sur la flamme donc a contre-courant des gaz de combustion. Il faut donc, pour s'assurer que tous les granulés soient captés, un lit fluidisé important donc une forte consommation d'énergie. Dans certains appareils de combustion l'alimentation en combustible est effectuée par une vis sans fin, telle que présentée en troisième méthode, comme dans le brevet W02088597. Ce système d'alimentation a pour intérêt d'insérer de manière uniforme - 2 - et continue le combustible directement au coeur de la chambre de combustion. Cependant les granulés peuvent s'accumuler à la sortie du tuyau. Pour lutter contre l'agrégation du combustible, le brevet W02088597 présent un dispositif dont la combustion s'effectue dans un lit fluidisé tournant. Cette méthode comprend des risques d'encrassement et une mise en oeuvre plus couteuse. Dans la plupart des dispositifs, la combustion s'effectue sur un lit de combustible fluidisé à plat. Pour la combustion, le lit fluidisé est attisé par une arrivée d'air, tel que dans le brevet 3P2021112. Pour une meilleure combustion encore, quelques appareils (brevet W002088597) mettent en oeuvre deux arrivées d'air à deux niveaux différents : - une arrivée directement au coeur du lit fluidisé, - une arrivée au dessus qui permet une post combustion. En brulant les gaz d'échappement et les matières particulaires, cette combustion secondaire améliore ainsi le rendement et diminue la pollution. Des casquettes viennent orienter l'air au plus près du lit fluidisé et concentrer les fumées et les particules, tel que dans le brevet US2008041357. Ces casquettes facilitent la post combustion. Dans l'art antérieur, il n'existe donc pas de dispositif qui comprenne un moyen de séparation et de guidage des granulés combiné à un moyen d'amener les granulés de manière homogène sur un lit fluidisé avec une arrivée d'air sur plusieurs niveaux. Sommaire de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, en proposant un brûleur à combustible comprenant une chambre à combustion en lit fluidisé à plusieurs niveaux et un moyen d'amener le combustible de façon continue et répartie de façon homogène. Il s'agit d'un dispositif de combustion à combustible solide tel que biomasse comprenant un corps de chauffe (3) pourvu de moyens d'alimentation (5, 6, 12, 13) en combustible solide, de moyens d'admission d'air primaire en tant que comburant (11, 11'), d'un moyen de stockage du combustible (1) et d'un moyen d'évacuation des gaz de combustion (4). Le corps de chauffe est constitué d'une chambre de combustion (8). Ledit dispositif comprend un moyen de guidage du combustible (5) entre le moyen de stockage (1) et la chambre de combustion (8), ledit moyen de guidage (5) comprenant un moyen de déplacement (6) du moyen de stockage (1) vers la chambre de combustion (8) dudit combustible, ledit moyen de guidage (5) étant présent partiellement à l'intérieur du moyen de stockage (1) à une extrémité - 3 - d'entrée et jouxtant la face latérale intérieure la plus longue de la chambre de combustion (8) sensiblement en son centre à son extrémité de sortie, des moyens d'admission d'air primaire intérieurs (11) sont situés selon une ligne horizontale sur la face latérale intérieure la plus longue de la chambre de combustion de part et d'autre de l'extrémité de sortie dudit moyen de guidage (5) et des moyens d'admission d'air primaire extérieurs (11') en vis-à-vis des moyens d'admission d'air primaire intérieurs (11) sont disposés en ligne sous le plan horizontal passant par la ligne desdits moyens d'admission d'air primaire intérieurs, l'extrémité du moyen de déplacement (6) situé au sein de la chambre de combustion au-delà de l'extrémité de sortie du moyen de guidage (5) comprend un moyen de décohésion des combustibles (13). Préférentiellement, ledit moyen de décohésion (13) comprend au moyen deux guides verticaux reliés en leur centre selon un axe vertical de façon à séparer en quantité sensiblement équivalente le combustible de part et d'autre de l'extrémité du moyen de sortie du moyen de guidage (5) au sein de la chambre de combustion (8). Avantageusement, ledit moyen de déplacement (6) du combustible est une vis sans fin. Selon un mode de réalisation, ledit dispositif comprend un moyen motorisé (7) de mise en mouvement du moyen de déplacement (6). Selon un autre mode de réalisation, ledit dispositif comprend un moyen de retenue avant (15) et de retenue arrière (14) des gaz au sein de la chambre de combustion (8). Selon un mode avantageux de réalisation, ledit dispositif comprend un moyen de guidage supérieur (17) comprenant des moyens de passage (18) des gaz de combustion vers le moyen d'évacuation des gaz de combustion (4). Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, d'un exemple de réalisation en se référent aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 représente une vue en perspective de l'ensemble du dispositif selon l'invention, La figure 2 représente une vue de profil de l'ensemble du dispositif selon l'invention, La figure 3 représente une vue de face, ouverture de la chambre de combustion en premier plan, de l'ensemble du dispositif selon l'invention. Description détaillée des modes préférés de réalisation - 4 - Le dispositif selon l'invention se compose d'une trémie de stockage (1) du combustible (2) sous forme de granulés (2), située dernière un foyer (3). Ce foyer (3) présente au moins une paroi verticale située entre la trémie (1) et ce dit foyer (3), dite paroi de fond, mais préférentiellement il présente deux autres parois verticales latérales et une paroi horizontale supérieure. La paroi de fond est, selon un mode avantageux de réalisation, couverte d'une épaisse plaque de fonte, appelée plaque de fond. Ce foyer (3) repose au sol, et ce dernier constitue sa paroi inférieure. Ce sol peut être recouvert, à l'emplacement dudit foyer, d'une plaque métallique amovible ou bien scellée. Le foyer présente un conduit (4) d'évacuation des gaz de combustion inséré dans un orifice de sa paroi supérieure. Sous la trémie est placé un tube (5) creux, dit tube (5) d'alimentation, dans lequel est insérée une vis (6) sans fin reliée à un moteur (7) électrique localisé sous la trémie (1), légèrement décalé derrière celle-ci par rapport à la paroi de fond du foyer. Le décalage de ce moteur (7) permet de placer un conduit vertical reliant un orifice situé sous la trémie à un orifice pratiqué sur la partie supérieure du tube (5) d'alimentation, à l'aplomb de la trémie. Les granulés (2) sont toujours, lorsque la trémie (1) est au moins partiellement remplie, en contact avec la vis (6) sans fin de façon à ce que la rotation de cette dernière entraine le combustible (2) en continu vers le foyer (3). En effet le tube (5) d'alimentation placé à l'horizontale d'étend depuis la trémie (1) vers l'intérieur du foyer (3) en traversant la paroi de fond de celui-ci jusqu'à la chambre (8) de combustion du dispositif selon l'invention. Cette chambre (8) de combustion est située dans un appareil (9) de combustion constitué par une enveloppe métallique creuse parallélépipédique présentant un décrochement sur sa face supérieure. Cette enveloppe creuse est donc constituée d'une paroi inférieure reposant sur la paroi inférieure dudit foyer, deux faces latérales, une paroi faciale, orientée vers le centre du local à chauffer, et une face postérieure située du coté de la plaque de fond dudit foyer. La paroi supérieure de cet appareil présente sur toute sa longueur un décrochement plaçant sa partie centrale à environ 10 cm plus bas, vers l'intérieur de ladite enveloppe, de façon à fournir un plan, appelé plan (10) de combustion, sensiblement horizontal d'environ 10 cm de large pour 60 cm de long relié à la partie non décalée de la face supérieure dudit appareil par des parois perforées. Les perforations (11) de ces parois ne sont pas placées aux mêmes endroits suivant le côté sur lequel elles se situent. En effet les perforations (11) de la paroi située du côté de la face postérieure de l'appareil de combustion sont placées à environ 1 à 2 cm au dessus du plan (10) de combustion alors que celles situées du côté de la paroi faciale - 5 - dudit appareil sont située de 5 à 6 cm au dessus du plan de combustion. La paroi verticale perforée située du coté de la face postérieure de l'appareil de combustion est appelé paroi arrière de combustion, la paroi verticale située du côté de la paroi faciale dudit appareil est appelée paroi avant de combustion. Le plan (10) de combustion et les parois avant et arrière de combustion définissent la chambre de combustion. La paroi arrière de combustion présente en son centre un orifice (12) circulaire qui est l'exutoire du tube (5) d'alimentation. La vis (6) sans fin contenue dans le tube (5) d'alimentation dépasse légèrement de celui-ci dans la chambre (8) de combustion et son extrémité se situe à environ 1 cm d'un élément de décohésion des granulés, appelé guide (13) combustion, soudé à la paroi avant de combustion. Ce dit guide (13), en forme de Vé lorsqu'il est vu de dessus, fait la même hauteur que la paroi avant de combustion et présente, à la pointe de son V, une arête verticale permettant de scinder en deux le flux de granulés (2) provenant du tube (5) d'alimentation. Ainsi les granulés (2), arrivant par le tube d'alimentation, sont déjà soumis à une température élevée et de ce fait sont agglomérés. Le guide (13) de combustion permet alors séparer les granulés (2) les uns des autres et de les orienter sur le plan (10) de combustion dans deux directions opposées allant chacune du centre du plan (10) de combustion vers les deux extrémités latérales de celui-ci. La chambre (8) de combustion présente, selon un mode privilégié de réalisation, au sommet de ses parois avant et arrière de combustion, deux rabats (14, 15) sensiblement verticaux, appelés casquettes (14, 15). La casquette (14) située au sommet de la paroi arrière de combustion, appelée casquette (14) arrière, est située plus haut que celle située au sommet de la paroi avant de combustion, appelée, elle, casquette (15) avant. Les perforations (11) des parois de combustion sont chacune reliées, par un tuyau indépendant à deux canalisations d'air elles même reliées à un conduit d'air pulsé. Ce conduit d'air est relié à un ventilateur (16) électrique permettant de propulser de l'air frais capté via un organe, appelé prise d'air, situé à l'extérieur du local, vers la chambre (8) de combustion par l'intermédiaire des tuyaux et des canalisations décrites précédemment. De plus l'appareil (9) de combustion présente une troisième casquette (17), celle-ci présentant des orifices (18) oblongs permettant l'évacuation des gaz de combustion vers le conduit (4) d'évacuation en ralentissant la vitesse de ces dits gaz afin de contribuer à une combustion complète des granulés (2). Ainsi, la vis (6) sans fin amène le combustible (2) au niveau du plan (10) de combustion, le guide (13) en V sépare ce dit combustible (2) dans deux directions afin qu'il se consume en deux lits fluidisés attisés par le comburant gazeux fourni par les - 6 - arrivées (11) d'air reliées au ventilateur (16). La disposition des arrivées (11) d'air en opposition décalée permet au combustible (2) fluidisé de se consumer en produisant des flammes tournantes. Les deux casquettes (14, 15) permettent de rediriger les flammes afin d'optimiser la combustion des granulés qui est totale grâce aux longueurs adéquates des plans (10) de combustion qui permettent au combustible (2) fluidisé de rester dans la chambre (8) de combustion jusqu'à n'être plus que des cendres. Les modifications non substantielles qui découleraient de façon évidente, pour l'homme de l'art, de l'utilisation ou de la fabrication du dispositif selon l'invention dont le brevet est ici requis sans en altérer les dispositions originales, n'en seraient que de simples équivalents techniques et entrent également dans le cadre de la présente invention. 20 25 REVENDICATIONS1) Dispositif de combustion à combustible solide tel que biomasse comprenant un corps de chauffe (3) pourvu de moyens d'alimentation (5, 6, 12, 13) en combustible solide, de moyens d'admission d'air primaire en tant que comburant (11, 11'), d'un moyen de stockage du combustible (1) et d'un moyen d'évacuation des gaz de combustion (4) Caractérisé en ce que le corps de chauffe est constitué d'une chambre de combustion (8), ledit dispositif comprenant un moyen de guidage du combustible (5) entre le moyen de stockage (1) et la chambre de combustion (8), ledit moyen de guidage (5) comprenant un moyen de déplacement (6) du moyen de stockage (1) vers la chambre de combustion (8) dudit combustible, ledit moyen de guidage (5) étant présent partiellement à l'intérieur du moyen de stockage (1) à une extrémité d'entrée et jouxtant la face latérale intérieure la plus longue de la chambre de combustion (8) sensiblement en son centre à son extrémité de sortie, des moyens d'admission d'air primaire intérieurs (11) sont situés selon une ligne horizontale sur la face latérale intérieure la plus longue de la chambre de combustion de part et d'autre de l'extrémité de sortie dudit moyen de guidage (5) et des moyens d'admission d'air primaire extérieurs (11') en vis-à-vis des moyens d'admission d'air primaire intérieurs (11) sont disposés en ligne sous le plan horizontal passant par la ligne desdits moyens d'admission d'air primaire intérieurs, l'extrémité du moyen de déplacement (6) situé au sein de la chambre de combustion au-delà de l'extrémité de sortie du moyen de guidage (5) comprend un moyen de décohésion des combustibles (13). 2) Dispositif de combustion à biomasse selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit moyen de décohésion (13) comprend au moyen deux guides verticaux reliés en leur centre selon un axe vertical de façon à séparer en quantité sensiblement équivalente le combustible de part et d'autre de l'extrémité du moyen de sortie du moyen de guidage (5) au sein de la chambre de combustion (8). 3) Dispositif de combustion à biomasse selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit moyen de déplacement (6) du combustible est une vis sans fin. 4) Dispositif de combustion à biomasse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un moyen motorisé (7) de mise en mouvement du moyen de déplacement (6). 5) Dispositif de combustion à biomasse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de retenue- 8 - avant (15) et de retenue arrière (14) des gaz au sein de la chambre de combustion (8). 6) Dispositif de combustion à biomasse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que qu'il comprend un moyen de guidage supérieur (17) comprenant des moyens de passage (18) des gaz de combustion vers le moyen d'évacuation des gaz de combustion (4).