Brevet FR3033625A1 — publié le 20160916

- 1 - DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine des équipements de chauffage domestiques ou industriels, en particulier les équipements de ce type utilisant un matériau combustible solide en vrac, sous forme de granulés (ou "pellets") de bois ou autres, ou de combustible fragmentaire ou particulaire analogue. Dans ce contexte, l'invention a pour objet un brûleur pour matériau combustible solide, présentant une sécurité de fonctionnement améliorée, notamment durant la phase d'allumage, ainsi qu'un poêle ou un insert comprenant un tel brûleur. Les poêles ou inserts à granulés sont de plus en plus souvent utilisés comme système de chauffage principal. Les phases les plus critiques d'un cycle de combustion dans un équipement de ce type sont l'allumage et l'extinction. Concernant l'extinction, il s'agit de déterminer à quel moment l'appareil est totalement éteint (aucune production de chaleur ou de gaz de combustion). En règle générale, cela consiste à interrompre l'alimentation en combustible tout en maintenant l'extraction des fumées jusqu'à combustion complète des granulés restant dans le brûleur. L'extinction est vérifiée par la température de fumée ou de la chambre de combustion. L'allumage consiste généralement à chauffer une certaine quantité de granulés avec de l'air chaud jusqu'à atteindre la température d'inflammation. Le temps d'allumage est dans une grande mesure relativement aléatoire (il dépend de la température initiale de l'air, de la qualité et de la quantité des granulés, de l'hygrométrie, ...). Lorsque la température du combustible est suffisante pour le carboniser mais insuffisante pour démarrer une flamme, il se dégage une quantité plus ou moins importante de gaz combustible qui s'accumule dans le foyer, notamment depuis l'enceinte de combustion. Lorsque la flamme finit par apparaître, elle enflamme 30 brutalement tout le gaz accumulé, provoquant une explosion dans le foyer. Dans le cas des poêles ou inserts étanches notamment, la surpression générée par la déflagration ne peut pas se dissiper suffisamment vite et peut provoquer des dégâts (bris de vitre). 3033625 - 2 - Ce phénomène peut se produire lorsque la quantité de combustible est nettement supérieure à la quantité optimale de démarrage (brûleur en débordement par exemple), empêchant notamment une circulation correcte de l'air de combustion à travers la masse de combustible 5 accumulé. Pour tenter d'éliminer ce risque, il a été proposé de mettre en place des accessoires de sécurité, tels que des soupapes permettant l'évacuation de la surpression interne, ou encore de réaliser certaines parties des poêles ou des inserts avec une structure ou une constitution spécifique 10 autorisant un bris contrôlé (mise en place de lignes de rupture privilégiée par exemple). Néanmoins, ces mesures connues ont un impact non négligeable sur le prix de revient, pouvant entraîner l'obligation de réaliser une fabrication non standard, et surtout elles ne traitent pas la cause du 15 phénomène. La présente invention a pour but de proposer une solution permettant de pallier les inconvénients précités, et notamment d'empêcher le phénomène explosif et la surpression résultante, en en traitant la cause génératrice. 20 A cet effet, l'invention a pour premier objet un brûleur pour matériau combustible solide, notamment pour combustible en vrac du type granulés ou analogue, comprenant essentiellement, d'une part, une enceinte de combustion comportant une ou des paroi(s) latérale(s) et un fond, pouvant être chargé en matériau combustible, préférentiellement par 25 déversement du dessus, et alimenté en air comburant, préférentiellement au moins majoritairement à travers le fond de l'enceinte, et, d'autre part, un moyen d'allumage relié à ou débouchant dans l'enceinte, préférentiellement au niveau ou à proximité du fond, caractérisé en ce que l'enceinte de combustion comprend également une paroi de séparation divisant le volume interne de ladite enceinte en une chambre de combustion principale, recevant le chargement de combustible, et une chambre d'allumage ou de combustion initiale, en relation ou communication directe avec le moyen d'allumage, les deux chambres partageant avantageusement entre elles le fond et ladite paroi de séparation étant pourvue d'une ou de plusieurs découpe(s) ou ouverture(s) calibrée(s) située(s) à proximité du fond, ou s'étendant depuis ce dernier, de manière à limiter ou contrôler la quantité de combustible introduit ou s'écoulant dans la chambre d'allumage lors du 3033625 - 3 - chargement, au moins du chargement initial avant allumage, de la chambre de combustion principale. L'invention a également pour objet un appareil de chauffage à combustible solide, notamment du type poêle ou insert à granulés, 5 présentant une constitution connue de l'état de la technique, caractérisé en ce qu'il comporte un brûleur du type précité. 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, 10 dans lesquels : la figure 1 est une vue éclatée d'un brûleur selon l'invention ; les figures 2A et 2B sont des vues en coupe selon un plan vertical comprenant l'axe des conduits d'alimentation en air et en perspective selon deux directions différentes d'un brûleur selon l'invention, 15 représenté également figure 1; les figures 3A et 3B sont des vues en élévation latérale et en coupe selon le même plan que les figures 2A et 2B d'un brûleur selon l'invention, avec indication des flux d'air et de gaz, respectivement dans un état de chargement excessif (par exemple avant la phase d'allumage - figure 20 3A) et en fonctionnement courant avec un niveau de chargement recommandé (figure 3A), et la figure 4 est un schéma symbolique en coupe d'un brûleur selon l'invention. Les figures 1 à 4 illustrent un brûleur 1 pour matériau 25 combustible solide 2, notamment pour combustible en vrac du type granulés ou analogue (les figures 2 et 3 sont des demi-vues du brûleur 1). Ce brûleur 1 comprend essentiellement, d'une part, une enceinte de combustion 3 comportant une ou des paroi(s) latérale(s) 4, 4' et un fond 5, pouvant être chargé en matériau combustible 2, préférentiellement par 30 déversement du dessus, et alimenté en air comburant, préférentiellement au moins majoritairement à travers le fond 5 de l'enceinte 3, et, d'autre part, un moyen d'allumage 6 relié à ou débouchant dans l'enceinte 3, préférentiellement au niveau ou à proximité du fond 5. Conformément à l'invention, l'enceinte de combustion 3 35 comprend également une paroi de séparation 7 divisant le volume interne de ladite enceinte 3 en une chambre de combustion principale 8, recevant le chargement de combustible 2, et une chambre 9 d'allumage ou de 3033625 - 4 - combustion initiale, en relation ou communication directe avec le moyen d'allumage 6, les deux chambres 8 et 9 partageant avantageusement entre elles le fond 5 et ladite paroi de séparation 7 étant pourvue d'une ou de plusieurs découpe(s) ou ouverture(s) calibrée(s) 10 située(s) à proximité du 5 fond 5, ou s'étendant depuis ce dernier, de manière à limiter ou contrôler la quantité de combustible 2 introduit ou s'écoulant dans la chambre d'allumage 9 lors du chargement, au moins du chargement initial avant allumage, de la chambre de combustion principale 8. L'invention propose ainsi un brûleur 1 avec une enceinte de 10 combustion 3 compartimentée, avec un premier compartiment 9 dédié plus particulièrement à l'allumage et conçu et dimensionné pour fournir des conditions, en termes de quantité de combustible présent, d'alimentation en air, de tirage et d'évacuation des gaz, telles qu'un allumage sécurisé puisse être garanti. La combustion des granulés se propage dans un deuxième 15 temps à la chambre de combustion principale 8 formant le deuxième compartiment de l'enceinte 3. L'ensemble peut également être considéré comme étant constitué par deux brûleurs accolés (brûleur d'allumage 9 et brûleur principal 8), ayant une paroi 7 commune et partageant le même combustible 20 2 et le même moyen d'allumage 6 (voir figure 4). La structure du brûleur 1 est avantageusement telle que la chambre d'allumage 9 dispose d'une alimentation en air spécifique, préférentiellement indépendante de l'alimentation en air de la chambre de combustion principale 8, et débouchant dans l'enceinte de combustion 3 par 25 un accès 6' différent. En accord avec un mode de réalisation pratique préférentiel, la chambre d'allumage 9 est alimentée en air comburant à travers l'ouverture de communication 6' du moyen d'allumage 6, permettant l'établissement d'un flux d'air secondaire. En outre, la chambre de combustion principale 8 30 est préférentiellement alimentée en air comburant par l'intermédiaire d'ouvertures 5' du fond 5 de l'enceinte 3, permettant l'établissement d'un flux d'air primaire, la partie du fond 5 associée à la chambre d'allumage 9 étant préférentiellement dépourvue de telles ouvertures 5'. Ainsi, et comme cela ressort de l'exemple représenté sur les 35 figures 1 à 3, le brûleur 1, et plus particulièrement son enceinte de combustion 3, est constitué de deux parties constructives et fonctionnelles, à savoir : 3033625 - 5 - - la chambre de combustion principale 8 contenant le combustible chargé et traversée par un flux d'air primaire arrivant de la partie du fond 5 troué de l'enceinte 3, - la chambre d'allumage 9, plus petite et séparée de la chambre 5 principale 8 par une paroi 7 équipée d'une ouverture 10 en partie basse permettant l'écoulement d'une partie strictement limitée du combustible 2 de la chambre principale 8 à la chambre d'allumage 9 et ainsi la conservation d'un volume dégagé et ouvert sur l'extérieur en partie supérieure de la chambre d'allumage 9 (voir figure 3B). 10 Cette chambre d'allumage 9 n'est pas traversée par le flux d'air primaire, mais par un flux d'air secondaire, qui peut être réinjecté dans le haut de la chambre de combustion principale 8. L'allumage par air chaud se fait à travers la chambre d'allumage 9 vers la chambre principale 8. Selon une caractéristique de l'invention, la paroi de séparation 7 15 définit ou délimite avec une paroi ou portion de paroi latérale correspondante 4' de l'enceinte de combustion 3, une ouverture supérieure calibrée 11 pour la chambre d'allumage 9, débouchant sur l'extérieur de l'enceinte 3. Le dimensionnement de l'ouverture calibrée 11 dans le haut de 20 la chambre d'allumage 9 est tel que la perte de charge est beaucoup plus importante que celle de la chambre de combustion 8 et que le débit de fuite est quasi nul en fonctionnement normal du brûleur (masse de combustible inférieure au niveau de débordement au moins). En accord avec une variante de réalisation pratique, ressortant 25 des figures 1 à 3, l'ouverture supérieure calibrée 11 est délimitée par une portion supérieure inclinée ou pliée 7' de la paroi de séparation 7 disposée dans l'enceinte 3 et par le bord supérieur 12 de la paroi ou de la portion de paroi latérale 4' de l'enceinte 3 vers laquelle cette portion inclinée ou pliée 7' est dirigée, ledit bord supérieur 12 étant éventuellement pourvu d'au 30 moins une découpe ou entaille 12' participant également à la définition de ladite ouverture supérieure calibrée 11. La portion supérieure 7' inclinée forme en outre déflecteur, évitant l'introduction de combustible 2 dans la chambre d'allumage 9 par le dessus lors du chargement. 35 En outre, la paroi de séparation 7 peut comporter une ou plusieurs découpe(s) ou ouverture(s) 11' fournissant un ou des passage(s) calibré(s) vers la chambre de combustion principale 8, dans la région de la 3033625 - 6 - partie supérieure ouverte de l'enceinte 3, préférentiellement située(s) au-dessus du niveau maximum recommandé de remplissage en combustible de la chambre de combustion principale 8. Ces ouvertures 11' permettent d'assurer un passage d'air secondaire chaud vers la partie supérieure de la 5 chambre principale 8 dans la phase d'allumage et dans la phase de fonctionnement courant du brûleur (voir figures 3A et 3B). Ainsi, en fonctionnement normal la chambre d'allumage 9 est simplement traversée par l'air chaud qui vient alimenter et démarrer la combustion dans la chambre principale 8 (figure 3A). 10 Lorsque la chambre principale 8 contient une quantité de combustible telle que la perte de charge opposée au flux d'allumage et au flux d'air primaire empêche ou retarde l'apparition de la flamme, le flux d'allumage passe préférentiellement par l'échappement de la chambre d'allumage 9 à travers une quantité calibrée de combustible qui 15 s'enflammera rapidement dans la chambre d'allumage 9. La flamme s'échappe alors par le chemin de moindre perte de charge en haut de la chambre d'allumage 8 (par les ouvertures 11'), et enflamme les gaz de combustion produits dans la chambre principale 8. Le brûleur s'allume de ce fait par le haut (dans la chambre principale 8), brûlant les gaz au fur et à 20 mesure de leur production. Conformément à une autre caractéristique constructive de l'invention, le moyen d'allumage 6 comprend un moyen de chauffage d'air 13 monté dans un conduit 13' alimenté en air extérieur et débouchant dans la chambre d'allumage 9, ledit conduit 13' étant avantageusement en 25 communication fluidique avec un moyen 14 d'alimentation en air extérieur de la chambre de combustion principale 8, par exemple sous la forme d'un second conduit de plus grande section, renfermant avantageusement le conduit 13' alimentant la chambre d'allumage 9 et relié fluidiquement au volume interne de la chambre de combustion principale 8 à travers des 30 ouvertures 5' de la partie de fond 5 de cette dernière. Afin de disposer d'une surface plus importante pour le passage d'air et d'obtenir simultanément un regroupement du combustible par gravité au centre du fond 5, ce dernier peut présenter une structure non plane, préférentiellement avec des flancs inclinés 5", tels que par exemple 35 deux flancs inclinés formant un fond 5 de forme pointue vers le bas et reliés par une arête. 3033625 - 7 - En accord avec une première variante de réalisation et de fabrication du brûleur 1, non représentée aux figures annexées, celui-ci peut comprendre un corps principal constituant en totalité l'enceinte de combustion 3, préférentiellement de forme générale parallélépipédique, 5 dans lequel est montée la paroi de séparation 7 et avec lequel sont assemblés, d'une part, un premier conduit 14 pour l'alimentation de la chambre de combustion principale 8 avec un flux d'air primaire et, d'autre part, un second conduit 13' faisant partie du moyen d'allumage 6, renfermant un moyen de chauffage 13 et apte à alimenter l'enceinte de 10 combustion 3, et notamment la chambre d'allumage 9, avec un flux d'air secondaire. En accord avec une seconde variante de réalisation et de fabrication, ressortant notamment de la figure 1 et des figures 2, le brûleur 1 peut comprendre un corps support 15, par exemple sous forme de manchon 15 à section rectangulaire, dans lequel est monté un corps secondaire 15' constituant la chambre de combustion principale 8 et intégrant le fond 5 de l'enceinte de combustion 3 et la paroi de séparation 7 et avec lequel sont assemblés, d'une part, un premier conduit 14 pour l'alimentation de la chambre de combustion principale 8 avec un flux d'air primaire et, d'autre 20 part, un second conduit 13' faisant partie du moyen d'allumage 6, renfermant un moyen de chauffage 13 et apte à alimenter l'enceinte de combustion 3 et notamment la chambre d'allumage 9 avec un flux d'air secondaire, les corps support et secondaire 15, 15' délimitant par coopération la chambre d'allumage 9. 25 L'enceinte de combustion 3 peut en variante également présenter une forme générale conique (évasée vers le haut), la paroi de séparation notamment présentant alors une forme adaptée pour fournir les caractéristiques précitées de l'invention. Les principales parties constitutives du brûleur 1 sont 30 avantageusement réalisées en tôle d'acier (par exemple : parois 4, 4', 7 ; fond 5 ; conduits 13' et 14), certaines étant éventuellement préassemblées sous forme de sous-ensembles modulaires 15, 15'. En variante, au moins l'enceinte 3 ou le corps 15' peut être réalisé(e) en fonte. 35 Les sous-ensembles modulaires 15 et 15' peuvent être assemblés mécaniquement entre eux par emboîtement du corps ou sous-ensemble 15' dans le corps ou sous-ensemble 15. 3033625 - 8 - De même, l'assemblage du corps 15 avec le conduit 14 et/ou encore l'assemblage mutuel des parties de parois et de fond constituant le corps 15' peut être réalisé par emboîtement mécanique (notamment par engagement d'ailes dans des fentes adaptées correspondantes). 5 Ces différents assemblages mécaniques peuvent ensuite être "verrouillés" par soudure par exemple. L'invention concerne également un poêle ou insert à combustible solide, notamment à granulés, caractérisé en ce qu'il comporte un brûleur 1 tel que décrit ci-dessus, et représenté à titre d'exemple sur les 10 figures. Ainsi, l'invention propose, par une construction particulière du brûleur 1, un système passif et intégré (pas de pièce en mouvement, pas d'accessoire extérieur), une solution simple et fiable au problème posé en introduction à la présente. 15 En effet, l'allumage de la masse de combustible 2 (éventuellement excédentaire) dans la chambre de combustion principale 8 s'effectue par le haut depuis la chambre d'allumage 9 en cas de risque (peu de gaz de combustion), évitant toute possibilité de déflagration ou de flash. De plus, le calibrage de la quantité de granulés et d'air dans la 20 chambre d'allumage 9 permet de garantir un temps d'allumage court et fixe au regard du temps d'allumage du combustible dans la chambre principale 8 (dépendant de la qualité des granulés, de la température et de l'hygrométrie ambiante). Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de 25 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) Brûleur pour matériau combustible solide, notamment pour combustible en vrac du type granulés ou analogue, comprenant essentiellement, d'une part, une enceinte de combustion comportant une ou des paroi(s) latérale(s) et un fond, pouvant être chargé en matériau combustible, préférentiellement par déversement du dessus, et alimenté en air comburant, préférentiellement au moins majoritairement à travers le fond de l'enceinte, et, d'autre part, un moyen d'allumage relié à ou débouchant dans l'enceinte, préférentiellement au niveau ou à proximité du fond, brûleur (1) caractérisé en ce que l'enceinte de combustion (3) comprend également une paroi de séparation (7) divisant le volume interne de ladite enceinte (3) en une chambre de combustion principale (8), recevant le chargement de combustible (2), et une chambre (9) d'allumage ou de combustion initiale, en relation ou communication directe avec le moyen d'allumage (6), les deux chambres (8 et 9) partageant avantageusement entre elles le fond (5) et ladite paroi de séparation (7) étant pourvue d'une ou de plusieurs découpe(s) ou ouverture(s) calibrée(s) (10) située(s) à proximité du fond (5), ou s'étendant depuis ce dernier, de manière à limiter ou contrôler la quantité de combustible (2) introduit ou s'écoulant dans la chambre d'allumage (9) lors du chargement, au moins du chargement initial avant allumage, de la chambre de combustion principale (8). 2) Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre d'allumage (9) dispose d'une alimentation en air spécifique, préférentiellement indépendante de l'alimentation en air de la chambre de combustion principale (8), et débouchant dans l'enceinte de combustion (3) par un accès (6') différent. 3) Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre d'allumage (9) est alimentée en air comburant à travers l'ouverture de communication (6') du moyen d'allumage (6), permettant l'établissement d'un flux d'air secondaire, et en ce que la chambre de combustion principale (8) est alimentée en air comburant par l'intermédiaire d'ouvertures (5') du fond (5) de l'enceinte (3), permettant l'établissement d'un flux d'air primaire, 3033625 - 10 - la partie du fond (5) associée à la chambre d'allumage (9) étant préférentiellement dépourvue de telles ouvertures (5'). 4) Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la paroi de séparation (7) définit ou délimite avec une 5 paroi ou portion de paroi latérale correspondante (4') de l'enceinte de combustion (3), une ouverture supérieure calibrée (11) pour la chambre d'allumage (9), débouchant sur l'extérieur de l'enceinte (3). 5) Brûleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ouverture supérieure calibrée (11) est délimitée par une portion supérieure 10 inclinée ou pliée (7') de la paroi de séparation (7) disposée dans l'enceinte (3) et par le bord supérieur (12) de la paroi ou de la portion de paroi latérale (4') de l'enceinte (3) vers laquelle cette portion inclinée ou pliée (7') est dirigée, ledit bord supérieur (12) étant éventuellement pourvu d'au moins une découpe ou entaille (12') participant également à la définition de ladite 15 ouverture supérieure calibrée (11). 6) Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paroi de séparation (7) comporte une ou plusieurs découpe(s) ou ouverture(s) (11') fournissant un ou des passage(s) calibré(s) vers la chambre de combustion principale (8), dans la région de la partie 20 supérieure ouverte de l'enceinte (3), préférentiellement située(s) au-dessus du niveau maximum recommandé de remplissage en combustible de la chambre de combustion principale (8). 7) Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen d'allumage (6) comprend un moyen de 25 chauffage d'air (13) monté dans un conduit (13') alimenté en air extérieur et débouchant dans la chambre d'allumage (9), ledit conduit (13') étant avantageusement en communication fluidique avec un moyen (14) d'alimentation en air extérieur de la chambre de combustion principale (8), par exemple sous la forme d'un second conduit de plus grande section, 30 renfermant avantageusement le conduit (13') alimentant la chambre d'allumage (9) et relié fluidiquement au volume interne de la chambre de combustion principale (8) à travers des ouvertures (5') de la partie de fond (5) de cette dernière. 8) Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 35 caractérisé en ce que le fond (5) présente une structure non plane, préférentiellement avec des flancs inclinés (5"), tels que par exemple deux 303 362 5 - 11 - flancs inclinés formant un fond (5) de forme pointue vers le bas et reliés par une arête. 9) Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un corps principal constituant en totalité 5 l'enceinte de combustion (3), préférentiellement de forme générale parallélépipédique, dans lequel est montée la paroi de séparation (7) et avec lequel sont assemblés, d'une part, un premier conduit (14) pour l'alimentation de la chambre de combustion principale (8) avec un flux d'air primaire et, d'autre part, un second conduit (13') faisant partie du moyen 10 d'allumage (6), renfermant un moyen de chauffage (13) et apte à alimenter l'enceinte de combustion (3), et notamment la chambre d'allumage (9), avec un flux d'air secondaire. 10) Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un corps support (15), par exemple sous 15 forme de manchon à section rectangulaire, dans lequel est monté un corps secondaire (15') constituant la chambre de combustion principale (8) et intégrant le fond (5) de l'enceinte de combustion (3) et la paroi de séparation (7) et avec lequel sont assemblés, d'une part, un premier conduit (14) pour l'alimentation de la chambre de combustion principale (8) avec un 20 flux d'air primaire et, d'autre part, un second conduit (13') faisant partie du moyen d'allumage (6), renfermant un moyen de chauffage (13) et apte à alimenter l'enceinte de combustion (3) et notamment la chambre d'allumage (9) avec un flux d'air secondaire, les corps support et secondaire (15, 15') délimitant par coopération la chambre d'allumage (9). 25 11) Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ses principales parties constitutives (4, 4', 5, 7, 13', 14) sont réalisées en tôle d'acier, certaines étant éventuellement préassemblées sous forme de sous-ensembles modulaires (15, 15'). 12) Appareil de chauffage à combustible solide, notamment du 30 type poêle ou insert à granulés, caractérisé en ce qu'il comporte un brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.