Brevet FR3145968A1 — publié le 20240823

La présente invention concerne un dispositif pour de la génération de chaleur par combustion de métaux pour application au chauffage domestique ou de bâtiments industriels ou d’installations en zones reculées.. ENSEMBLE DE CHAUFFAGE DOMESTIQUE OU RESIDENTIEL (CHAUFFERIE) UTILISANT COMME COMBUSTIBLE DE LA POUDRE METALLIQUE (Fer et/ou Aluminium et/ou Magnesium) La présente invention concerne un dispositif pour de la génération de chaleur par combustion de métaux pour application au chauffage domestique ou de bâtiments industriels ou d’installations en zones reculées. La plupart des systèmes de chauffage actuels (chaudières à gaz naturel, propane, butane ou fioul) utilisent des carburants qui émettent du CO2. De plus, l’augmentation du coût actuel de l’énergie et du risque de pénuries liés aux dépendances énergétiques de nombreux pays dans le monde sont un motif pour la recherche d’une énergie alternative verte pour le chauffage résidentiel et professionnel. L’utilisation du bois pour le chauffage présente également un risque de déforestation important si une gestion responsable et durable des forêts n’est pas adoptée. Dans ce contexte, la combustion de particules métalliques, comme détaillé dans l’article « Direct combustion of recyclable metal fuels for zero-carbon heat and power » de la revue Applied Energy en 2015 est une solution évoquée pour produire une combustion sans émission de CO2, pour tous types d’application de production d’énergie. Les carburants métalliques (magnésium, aluminium, fer) présentent l’avantage de ne générer, lors de leur combustion, que des oxydes métalliques solides facilement récupérables dans un système de combustion. Ces derniers peuvent être ensuite recyclés grâce à une énergie renouvelable par un procédé d’électrolyse à anode inerte ou de réduction thermochimique zéro CO2 par voie solaire (voir entreprises ELYSIS, GravitHy et four solaire avec biochar développé par le laboratoire PROMES à Odeillo). La combustion de particules métalliques est connue historiquement dans des applications de propulsion aérospatiale ou encore des documents US8100095B2 pour des applications automobile à combustion interne ou externe. Le dispositif selon l’invention permet d’utiliser cette chaleur issue d’une énergie verte pour réchauffer l’air ambiant et/ou l’eau sanitaire dans une résidence d’habitation (ou une habitation individuelle) ou pour réchauffer identiquement un bâtiment industriel ou pour s’intégrer dans un réseau de chaleur citadin par une chaufferie. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un ensemble de type chaudière/chaufferie comprenant un brûleur de particules métalliques à brûler dans une chambre de combustion à volume fixe, la chambre de combustion étant reliée à une ligne d’aspiration des gaz d’échappement, composés d’oxydes métalliques (oxydes de magnésium, de fer ou d’aluminium suivant lequel des trois combustibles est utilisé), qui traverse un bloc de récupération de chaleur et un système de filtration pouvant être imbriqués ou en cascade. Avantageusement, le dispositif de récupération de chaleur peut être intégré dans la chambre de combustion pour maximiser le captage du rayonnement de la flamme métallique sur les parois de l’échangeur. Avantageusement encore, le système de récupération de chaleur peut participer à la filtration des particules en provoquant des changements de chemin brusques à l’écoulement pour favoriser la sédimentation des oxydes au fond de la chambre où se trouve un réservoir à oxydes. Dans cette configuration le bloc de récupération de chaleur est intégré dans le bloc de filtration. Avantageusement, le système de récupération de chaleur peut-être composé d’un échangeur air-eau ou air-air ou des deux. Le choix d’un échangeur air eau en supplément ou à la place d’un échangeur air-air permet de produire de l’eau chaude sanitaire en plus de réchauffer le logement par air soufflée et d’utiliser ainsi le système en tant que poêle hydraulique. Dans une autre variante, le choix d’un échangeur air-air seulement permet l’utilisation du dispositif en tant que poêle pour chauffer directement l’air de l’habitation uniquement. Dans une autre variante, le choix d’un échangeur air-eau uniquement permet d’utiliser le système en tant que chaudière classique avec chauffage de l’eau sanitaire et de l’eau des radiateurs pour chauffer l’habitation. Avantageusement, le système permet par la filtration des produits de combustion de récupérer les oxydes métalliques produits dans un réservoir pour ensuite les faire recycler dans une station spécialisée à l’aide d’énergie renouvelable. D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : est une représentation schématique du système à poêle pour chauffer directement l’air de l’habitation. est une représentation schématique du système à poêle hydraulique pour chauffer directement l’air de l’habitation et l’eau chaude sanitaire sans ballon d’eau chaude. est une représentation schématique du système à poêle hydraulique pour chauffer directement l’air de l’habitation et l’eau chaude sanitaire avec ballon d’eau chaude. est une représentation schématique du système à chaudière pour chauffer l’eau chaude sanitaire sans ballon d’eau chaude et pour chauffer l’habitation par l’intermédiaire de radiateurs à eau. est une représentation schématique du système à chaudière pour chauffer l’eau chaude sanitaire avec ballon d’eau chaude et pour chauffer l’habitation par l’intermédiaire de radiateurs à eau. présente un premier mode de réalisation du chauffage domestique ou d’une chaufferie selon l’invention. Un tel ensemble est basé sur la combustion de particules métalliques n’émettant pas de CO2 et dont la récupération des produits de combustion solides (oxydes métalliques) permet le recyclage du carburant à postériori dans une station spécialisée. Ainsi le système permet de dépolluer l’activité de chauffage domestique et de permettre une économie circulaire où le carburant est régénéré localement dans la région à partir d’énergie renouvelable (voir le procédé développé par ELYSIS de génération d’aluminium zéro CO2 par électrolyse des oxydes). L’air frais venant de la pièce transporte de la poudre métallique issue du réservoir et du générateur d’aérosol en 0 sont prémélangés pour ensuite bruler dans la chambre de combustion 1. A la différence de la combustion de carburants carbonés (gaz naturel, charbon, fioul, biomasse, pellets etc..), les produits de combustion de flammes métalliques sont solides et peuvent être capturés par une filtration en 2. La quantité d’air aspirée pour la combustion peut être régulée par un dispositif de type pompe à air. Une ventilation pour l’extraction des gaz d’échappement en 4, peut permettre également de vaincre les pertes de charges dans le système de filtration. La combustion est amorcée par une source extérieure de chaleur, c’est une réaction exothermique qui va dégager de la chaleur par rayonnement sur les parois alentours et par convection des gaz de combustion. Un système de récupération de chaleur, de type échangeur, est placé en bloc A pour capter cette chaleur et la transmettre à de l’eau et/ou de l’air suivant les variantes décrites dans les à . Les produits de combustion composés du diazote de l’air, d’oxydes métalliques et d’oxygène n’ayant pas réagi sont transportés jusqu’à l’extérieur avec l’aide d’une extraction d’air en 4 par le toit ou la façade du logement. Dans le premier mode de réalisation présenté en , le système de récupération de chaleur est un échangeur air-air transmettant les calories directement dans l’air ambiant de la pièce contenant le poêle et dans les pièces environnantes par l’ajout de canalisations pour la distribution d’air chaud (11). Dans le second mode de réalisation, en , au sein du bloc A, l’échangeur air-air 3 peut être complété par un échangeur air-eau en 5 pour permettre de chauffer l’eau sanitaire. Le circuit d’eau traverse un système 6 composé d’un contrôle de pression d’eau par soupape et un système de pompage pour aider à la circulation d’eau. L’eau passe ensuite dans le système de distribution d’eau chaude sanitaire 7. Une variante en prévoit l’ajout d’un ballon d’eau chaude en 8 pour le stockage de l’eau chaude lors d’un décalage temporel entre la production d’eau chaude sanitaire et son utilisation par les résidents. Pour les deux variantes en et un vase d’expansion est placé sur le retour d’eau basse température pour absorber les effets de dilatation de l’eau dans le circuit. Dans le troisième mode de réalisation, en , le système peut être utilisé en mode chaudière avec uniquement un échangeur air-eau en 5 au sein du bloc A, et transmettre la chaleur à de l’eau sanitaire en 7 ou à des radiateurs à eau chaude pour du chauffage central en 9. Une variante en consisterait à ajouter un ballon d’eau chaude 8 avant le système 7 de distribution d’eau chaude sanitaire Absence de revendication.