EP2084454B1

EP2084454B1 - Brûleur pour chaudière à combustibles solides du type biomasse, pneu ainsi qu'une chaudière comportant un tel brûleur

Info

Publication number: EP2084454B1
Application number: EP07866460.4A
Authority: EP
Inventors: Sylvian Longatte
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2027-10-29
Also published as: WO2008059131A2; WO2008059131A3; CA2681615A1; US20100132596A1; EP2084454A2; FR2907881B1; FR2907881A1

Description

La présente invention concerne un brûleur pour chaudière à combustibles solides du type biomasse, pneu ainsi qu'une chaudière comportant un tel brûleur.
Le domaine de la production d'énergie à partir de la biomasse a connu ces dernières années un grand développement. En effet, les problèmes liés aux ressources énergétiques habituelles telles que les hydrocarbures tant du point de vue de la diminution des réserves, que des pollutions engendrées ou même tout simplement de leur coût économique, ont amené à une réflexion sur l'utilisation de la biomasse en tant que source d'énergie.
De manière classique, le terme de biomasse regroupe l'ensemble des énergies provenant de la dégradation de la matière organique produite à partir de l'énergie solaire transformée par les plantes utilisées soit directement soit après une méthanisation de la matière organique (biogaz) ou de nouvelles transformations chimiques (biocarburant).
La présente invention vise plus particulièrement le domaine de l'utilisation de biomasse en tant que combustible alimentant une chaudière.
Ainsi, on connaît déjà des installations de production d'énergie à partir de la combustion de combustibles très variés tels que sciure, bûches, pailles, déchets végétaux, sous produit de forêt ou taillis, rafle de maïs, noix de coco, etc.
Le brûleur qui constitue la chambre de combustion de la chaudière met en présence le combustible et le comburant constitué d'air, en vue de la combustion. Ce brûleur est généralement constitué d'une enceinte dans laquelle s'effectue le remplissage en combustible et l'admission d'air en tant que comburant.
Une flamme mal alimentée en comburant est longue et fumante car elle cherche de l'oxygène sur sa hauteur. Aussi, de manière à générer une circulation d'air au sein du brûleur pour favoriser la flamme, on prévoit dans la chaudière un ventilateur permettant l'admission d'air primaire et secondaire et ainsi que le plus souvent un ventilateur pour la sortie des fumées dans la partie haute de la chaudière. La présence de ces ventilateurs peut générer des problèmes d'entretien du fait de leur exposition à des températures relativement élevées, ces températures élevées étant nécessaires à une bonne combustion.
On a pu également remarquer qu'en fonction de la nature du combustible, survenait l'apparition plus ou moins importante de résidus. Ainsi, lorsque le combustible est à base de bois, la combustion ne génère quasiment pas de cendres alors que dans le cas de céréales, des résidus solides sous forme de mâchefer sont formés lors de la combustion.
De manière à résoudre ce problème des résidus de combustion, on a proposé dans le document FR 2 880 407 , un dispositif de chauffage comportant notamment un brûleur à combustible fragmenté tel que des céréales qui est adapté pour permettre l'extraction des résidus solides sans intervention humaine extérieure et sans interrompre le fonctionnement du dispositif de chauffage. Un tel brûleur autonettoyant est ainsi constitué d'une enceinte ajourée composée d'une partie haute munie d'ouvertures supérieure et inférieure et d'une partie basse munie également d'une ouverture supérieure communiquant avec l'ouverture inférieure de la partie haute, la partie basse étant montée mobile en déplacement entre une position de fonctionnement et une position de nettoyage dans laquelle son ouverture supérieure est dirigée vers le bas, des moyens de fermeture étant prévus pour fermer l'ouverture inférieure de la partie haute lorsque la partie basse est déplacée.
On connaît également par EP 0 882 201 une chaudière à alimentation continue en combustible solide parcellisé dont la combustion est optimisée. Une telle chaudière présente deux étages superposés dont un inférieur dans lequel est localisée une chambre de combustion tubulaire à extension verticale dans laquelle débouchent des moyens d'approvisionnement en combustible et dont un autre supérieur dans lequel sont localisés un échangeur et un conduit d'évacuation des fumées, les deux étages communiquant par l'intermédiaire d'une buse pour l'échappée des flammes hors de la chambre de combustion vers l'échangeur sous l'effet de moyens de circulation d'air dit primaire depuis la base de la chambre de combustion et axialement à travers son espace intérieur vers le conduit d'évacuation des fumées. Les moyens de circulation d'air sont constitués par des moyens de mise en dépression des étages supérieur et inférieur depuis l'aval de l'étage supérieur. Une telle chaudière présente donc l'avantage que l'air circulant sous l'effet de la dépression ne peut pas suivre un autre parcours que celui qui lui est imposé par les moyens de mise en dépression contrairement à des moyens du type à pulsion. Une telle chaudière présente un rendement élevé grâce à l'optimisation de la combustion et du prélèvement de la chaleur produite, notamment grâce aux moyens de circulation de l'air ascendante. Ces moyens sont classiques du type turbine.
Toutefois, en dehors de cette configuration en étages superposés pour générer la circulation de l'air, il n'est pas possible d'envisager d'autres configurations de chaudières.
Dans DE 102004051685 , on a proposé une chaudière avec une chambre de combustion dans laquelle des copeaux de bois sont poussés automatiquement par une vis d'alimentation sans fin. L'air frais indispensable à la combustion avec l'oxygène arrive par une conduite d'air primaire sous une grille d'installation de chauffe ou au dessus dans la chambre de combustion. La chaleur libérée par la combustion chauffe l'eau dans le circuit de chauffage par les parois de la cuve et un système de tuyaux avec des gaz de combustion qui transmettent la chaleur seulement en partie par le circuit de chauffage. Un échangeur de chaleur gaz de combustion - air primaire est prévu dans la conduite de gaz de combustion au-dessus de la chambre de combustion. Cet échangeur agit comme chambre de réchauffement de l'air primaire. A l'intérieur de l'échangeur de chaleur, de nombreux tubes sont disposés verticalement depuis le fond jusqu'au couvercle, les gaz de combustion traversent verticalement ces tuyaux pour aller vers la cheminée et les chauffent. Sur les parois latérales opposées de l'échangeur de chaleur, se trouvent une ouverture d'admission pour l'air primaire et une ouverture de sortie pour la conduite de liaison permettant l'amenée de l'air primaire nécessaire à la combustion. L'air primaire traversant horizontalement, de l'ouverture d'admission vers l'ouverture de sortie, est réchauffé au contact des tubes contenant les gaz de combustion. A l'ouverture de sortie, l'air primaire réchauffé passe par la conduite vers la chambre de combustion du combustible de la chaudière et une amélioration considérable du degré d'efficacité est atteinte avec cette arrivée d'air associé à la chaleur. Pour accéder à la capacité d'écoulement nécessaire pour la combustion, un déchargeur à ventilation est agencé pour l'arrivée de l'air primaire et le retrait des gaz de combustion dans le trajet d'écoulement. Un ventilateur axial est apporté, lequel est positionné entre l'échangeur de chaleur et la cheminée et fonctionne en tant qu'aspirateur dans le trajet d'écoulement de l'échangeur de chaleur et de la chaudière et en tant que générateur de surpression dans la cheminée. On a donc ici une chaudière à deux étages et donc encombrante.
Dans US 2003/0097969 est proposé un incinérateur pour la combustion de déchets solides tels que des cosses. Cet incinérateur comprend un foyer ayant des parois périphériques s'étendant verticalement avec une partie basse définissant la chambre de combustion principale, une section intermédiaire au-dessus définissant une chambre de combustion auxiliaire, une section de refroidissement au dessus de la section intermédiaire et une section haute au-dessus de la section de refroidissement formée avec une sortie d'effluent pour la sortie des gaz de combustion générés dans la chambre de combustion principale et auxiliaire. Il existe également une sablière de cloison séparant les deux chambres de combustion et formant un canal en communication fluide avec les deux chambres. Une unité d'alimentation comprenant un moteur d'avance permet de délivrer les déchets solides au foyer. Un espace est agencé entre la paroi périphérique et un écran isolant de la chaleur s'étend tout autour des différentes sections à l'exception de la partie haute et de la sortie d'effluent. Une sortie d'air en communication fluide avec l'espace est ménagée dans la paroi périphérique de l'écran isolant de la chaleur et est adjacente à la partie haute de celui-ci. Un ventilateur est placé en aval de cette sortie d'air et sur une conduite d'air pour introduire de l'air, via l'extrémité inférieure ouverte de l'incinérateur, dans l'espace, la sortie d'air et dans le sécheur de sorte que l'air introduit est chauffé dans l'espace par le flux de chaleur de la paroi périphérique. Dans un sécheur associé au dispositif, un capteur de température est installé et génère des signaux électriques correspondant à la température captée et est connecté à une unité de contrôle qui permet de réguler l'alimentation en déchets solides du foyer via le moteur en fonction de la température du sécheur. Un ventilateur principal est relié au foyer par une conduite d'air et permet de délivrer de l'air au dit foyer. Un plateau support de déchets solides est disposé dans la section basse du foyer et comporte plusieurs trous permettant le passage de la cendre qui est amenée à une sortie basse par une roue actionnée par un moteur. Un râteau est monté rotatif via un moteur au dessus du plateau support pour remuer les cendres et pour faciliter la chute de celles-ci via les trous et ainsi augmenter l'efficacité de combustion du foyer.
Une meilleure circulation de l'air est indispensable pour une bonne combustion des déchets solides. La bonne circulation de l'air primaire peut comme décrit dans les documents ci-dessus décrits être obtenue à l'aide de ventilateurs. Toutefois, ces ventilateurs sont toujours utilisés en dehors de la chambre de combustion ou brûleur car en effet, il n'est pas possible de les positionner à l'intérieur de ce brûleur du fait de la chaleur. En général, ces ventilateurs sont soit positionnés en dehors de la chambre de combustion ( US 2003/0097969 ), soit positionné au-dessus de ladite chambre, après une partie échangeur de chaleur avant la cheminée ( DE 10 2004 051 685 ). De fait de la température régnant au sein du brûleur, on évite par ces dispositions des problèmes d'entretien du fait de leur exposition à des températures élevées. Aussi, la présence de ces ventilateurs génère un encombrement spatial et limite également la montée en température au sein du brûleur, puisque ces ventilateurs au-delà d'un certain seuil de températures risquent d'être endommagés même s'ils sont en dehors du brûleur.
La présente invention vise donc à proposer un brûleur dans lequel on a optimisé la combustion de telle sorte qu'il puisse être alimenté en différents types de biomasse tout en présentant des caractéristiques de rendement optimisées tout en pouvant être intégré au sein d'une chaudière sans que celle-ci n'ait besoin de présenter deux étages superposés. On peut donc ainsi avec un tel brûleur réalisé une chaudière d'architecture différente, notamment au niveau de l'échangeur.
En outre, la présente invention tend vers un brûleur dans lequel on puisse utiliser un combustible solide tel que de la biomasse que celle-ci soit constituée de céréales, de résidus de tournesol ou de colza, de betteraves en granules, de granules de bois, de bois déchiqueté, etc., mais qui permet en outre d'utiliser également d'autres combustibles tels que des pneus usagés. C'est-à-dire un brûleur dans lequel la température de combustion peut être très élevée.
De manière à éviter les problèmes liés aux résidus solides pouvant résulter de la combustion de certaines natures de biomasse comme évoqué précédemment, on propose un brûleur dans lequel la combustion génère beaucoup moins de ces résidus en particulier lors de la combustion des céréales, et qui nécessite donc de ce fait un nettoyage moins fréquent.
A cet effet, l'invention a pour objet un brûleur à combustible solide tel que biomasse, pneus, comprenant un corps de chauffe constitué d'un cylindre pourvu de moyens d'alimentation en combustible solide et de moyens d'admission d'air primaire en tant que comburant, ledit cylindre étant pourvu dans sa partie inférieure, d'une plaque, ladite plaque est positionnée au-dessus de moyens d'admission d'air primaire, cette plaque munie de perforations étant agencée pour recevoir le combustible sans que celui-ci ne la traverse, et ledit brûleur comportant en outre à l'intérieur dudit cylindre des moyens générant une dépression au sein du brûleur de sorte à créer une circulation d'air primaire depuis le dessous de ladite plaque, au travers de celle-ci et du combustible reposant dessus jusqu'à un conduit de sortie des gaz en partie supérieure dudit brûleur.
Ainsi, la dépression générée au sein du corps de chauffe du brûleur par les moyens se trouvant dans le cylindre lui-même et donc dans la chambre de combustion elle-même et non plus à l'extérieur de celui-ci en amont et/ou en aval, comme cela était le cas dans les documents précédemment cités, permet d'aspirer l'air depuis le fond du brûleur au travers de la paroi munie de perforation et donc d'accélérer l'air au travers du brûleur, de transporter les gaz formés à la base du cylindre par l'élévation de la température jusqu'au tube de sortie du brûleur dans la partie supérieure dudit cylindre, le cylindre présentant une hauteur suffisante pour séparer les gaz des particules non brûlées qui peuvent redescendre vers la paroi du fond. On obtient donc une circulation d'air au sein du brûleur considérablement améliorée, et donc une élévation de température au sein du brûleur qui aboutit à une combustion quasi sans résidu.
De plus, on prévoit au niveau de la plaque de fond un moyen de raclage de plaque de fond qui sert également à niveler le niveau du combustible pour que l'air passe de manière régulière, le moyen de raclage jouant un rôle de tisonnier à la surface du feu, ce qui l'accélère encore. Ce moyen de raclage est maintenu à une certaine hauteur pour éviter que le feu ne s'éteigne.
De préférence, l'alimentation en combustible s'effectue depuis la partie supérieure du brûleur à l'aide de moyens de distribution tels qu'une écluse rotative. Cette distribution du combustible est ainsi beaucoup plus régulière qu'avec une vis sans fin et en outre elle offre l'avantage de se faire sans qu'il y ait passage d'air de l'extérieur du brûleur vers l'intérieur. On est ainsi capable de réaliser une alimentation dosée, calibrée du combustible.
Ainsi, il est possible d'obtenir des résidus inférieurs à 1% du combustible utilisé. Il résulte de ceci une forte production de gaz.
Aussi, selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, les moyens permettant la mise en dépression au sein du brûleur et logés dans ledit cylindre du brûleur sont constitués par des moyens d'amenée d'air comprimé positionnés dans la partie supérieure du cylindre et créant la dépression à la manière d'un effet venturi, les moyens d'amenée d'air comprimé étant en outre dirigés vers le tube de sortie des gaz.
La dépression ainsi créée au sein même du brûleur selon l'invention est de manière avantageuse beaucoup plus importante qu'une dépression créée avec un ventilateur extérieur et encore plus importante que celle obtenue par le tirage naturel d'une cheminée. Par ailleurs, l'air comprimé amené directement au sein du cylindre est chaud et ne crée donc aucun point froid qui pourrait perturber le fonctionnement.
De cette manière, ces moyens d'amenée d'air comprimé sont positionnés de manière que l'air de cet « effet venturi » fournisse également le comburant nécessaire à la combustion des gaz dans le tube de sortie du brûleur. En effet, l'air comprimé et l'« effet venturi » génèrent une poussée importante permettant une sortie de gaz en partie haute de la chaudière.
L' « effet Venturi » transforme la dépression interne du pot de combustion (cylindre) en pression dans le tube de sortie du brûleur en quelques centimètres et sans pièce mécanique, à l'aide d'un simple gicleur. Cette transformation de la pression n'est possible que du fait de l'espace restreint du brûleur et de l'énergie liée à l'air comprimé. Cette concentration et l'apport en comburant au niveau du tube de sortie génèrent une flamme à haute température entre 850°C et 1000°C en fonction du combustible, ce qui finalise la combustion.
De manière très avantageuse, l'alimentation en air comprimé se fait à l'aide d'un gicleur alimenté par un compresseur et le réglage de la pression en air comprimé est réalisé de manière simple à l'aide d'un détendeur, ce qui permet de garantir une combustion optimale quel que soit le combustible utilisé.
Cette dépression interne créée dans le corps de chauffe du brûleur assure une sécurité au niveau de la propagation du feu, notamment vis-à-vis de l'alimentation en combustible.
Par ailleurs, un brûleur selon l'invention nécessite la présence de peu de combustible par exemple 100 grammes de combustibles pour un brûleur de 30 Kw. De ce fait, on garantit un arrêt rapide permettant une régulation plus aisée.
Un brûleur selon l'invention propose donc une combustion rapide dans un espace restreint très chaud et avec une circulation d'air très importante. Cette concentration de la combustion au niveau du brûleur seul génère une chaleur beaucoup plus élevée que dans une chaudière classique avec un ventilateur ou à tirage naturel que la circulation d'air se fasse en dépression ou en pression (air pulsé).
De même, la sortie du mélange gaz-air prend une accélération et une compression liées à l'effet « Venturi » également dans un espace restreint.
Un brûleur selon l'invention du fait de la régularité de son alimentation en combustible et en air ne nécessite pas un système de régulation trop complexe, en particulier ne nécessitant pas des moyens électroniques de régulation complexes. L'« effet venturi » survenant dans le brûleur permet une adjonction d'air plus importante dans un espace plus réduit (donc plus chaud) ce qui permet une pyrolyse en sortie du brûleur (effet chalumeau) contrairement à un ventilateur qui a une vitesse plus faible et une sortie plus grosse pour un même débit.
Selon une première forme de réalisation particulière, le brûleur comporte une enveloppe extérieure qui définit avec le cylindre un compartiment annulaire constituant des moyens d'amenée d'air jusqu'aux moyens d'admission d'air primaire situés sous la plaque de fond du brûleur. Ces moyens d'admission d'air sont simplement constitués d'un espace ménagé sous la plaque de fond dudit brûleur dans lequel de l'air est amené, ledit espace étant défini par ladite enveloppe extérieure se prolongeant sous le cylindre. De manière avantageuse, l'air circulant dans le compartiment annulaire entourant le cylindre se réchauffe ce qui, lors de son entrée dans le brûleur, favorise encore la combustion.
Dans cette forme de réalisation, on peut envisager que le brûleur soit extérieur à la chaudière.
En variante, l'espace sous la plaque de fond constituant les moyens d'admission d'air primaire peut être défini par le cylindre lui-même ou la chaudière, des moyens d'amenée d'air débouchant dans cette espace et amenant l'air depuis la partie basse de la chaudière. Ces moyens d'amenée d'air peuvent être concentriques aux tubes de sorties des gaz d'échappement de la chaudière de sorte qu'un échange thermique intervient permettant le réchauffement de l'air primaire avant son admission dans le brûleur ce qui favorise la combustion et le refroidissement des gaz d'échappement avant leur sortie de la chaudière. On optimise ainsi le rendement calorique.
Selon une autre forme de réalisation de l'invention, les moyens d'admission d'air sont également constitués d'un espace ménagé sous la plaque de fond dudit brûleur dans lequel de l'air est amené, les moyens d'amenée d'air primaire étant constitués d'un tube s'étendant, de - préférence centralement, dans le cylindre depuis la partie haute de celui-ci et débouchant sous la plaque dudit brûleur par une ouverture centrale de section suffisante pour l'air primaire. L'air primaire se déplaçant dans ce tube central au sein du brûleur se trouve considérablement réchauffé, ce qui favorise la combustion.
L'invention concerne également une chaudière comportant un brûleur selon l'invention. Cette chaudière peut donc comporter un brûleur central en fonctionnement «tout ou rien », l'alimentation du brûleur se faisant en continu en phase de chauffage. De préférence, une telle chaudière est du type cylindrique verticale, le brûleur se logeant dans la partie centrale haute.
De manière très avantageuse, un brûleur selon l'invention et la chaudière l'incorporant pourront utiliser en tant que combustibles solides des céréales, des betteraves en granulés, des granulés de bois, du bois déchiqueté, des tourteaux de colza et similaires mais également des pneus déchiquetés.
Une chaudière selon l'invention nécessite peu de pièces mobiles donc peu de moteurs et donc peu d'entretien. Le compresseur est de préférence extérieur à la chaudière, il n'est donc pas sujet aux écarts de température.
Ainsi, un tel brûleur permet d'utiliser également les déchets de colza (tourteaux) résultant du pressage du colza par exemple pour fabriquer du carburant.
Pour du bois déchiqueté, un calibrage est nécessaire car des morceaux de bois trop gros nuisent au fonctionnement du brûleur. Ce calibreur sert de distributeur dans l'alimentation en combustible sous la réserve.
Dans le cas de pneus, on prévoit alors que le brûleur comporte au niveau du tube de sortie des gaz, des moyens de génération d'une flamme, par exemple des moyens d'alimentation en propane ou en butane, qui permettent de brûler les gaz lors de leur échappement du brûleur, ce qui évite très avantageusement toute odeur de caoutchouc brûlé. De préférence, les moyens de génération de flamme sont réglables sur une plage donnée.
Le brûleur selon l'invention permet donc d'utiliser un combustible solide tel que la biomasse et ce, quelle que soit cette biomasse, mais également permet d'envisager l'utilisation des pneus usagés déchiquetés en tant que combustible solide sans générer aucun des inconvénients habituels en particulier les odeurs désagréables.
En particulier, pour s'adapter à des combustibles à expansion gazeuse importante tels que les pneus, les résidus de colza, un gicleur plus gros permet de fournir plus d'air comprimé en sortie du brûleur sans augmenter la dépression au sein dudit brûleur. Par conséquent, un tel gicleur permet de brûler en sortie le surplus de gaz généré sans modifier la dépression au sein du brûleur en particulier en partie inférieure de celui-ci, la circulation de l'air n'est ainsi pas modifiée.
Un tel brûleur permet d'avoir un flux inversé gaz-eau (sortie des gaz du brûleur dans la partie la plus haute de la chaudière - sortie des gaz refroidis en partie basse donc à l'arrivée d'eau plus froide).
De plus, à l'arrêt la chaudière a un effet montgolfière, les gaz chauds ne peuvent pas s'échapper. La convection ne pouvant se faire dans la cheminée, les déperditions se trouvent considérablement réduites.
De plus, un brûleur selon l'invention peut aussi être agencé de manière à pouvoir être positionné sur une porte de chaudière classique type fuel ou bois de manière à transformer celle-ci. Il aura alors de préférence une petite capacité d'environ 10 à 15 Kw.
On décrira maintenant l'invention plus en détails en référence au dessin dans lequel :

La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une première forme de réalisation d'un brûleur selon l'invention ;
La figure 2 représente une vue en coupe du brûleur de la figure 1 au niveau de la ligne A-A ;
La figure 3 représente une vue en coupe longitudinale d'un exemple de chaudière avec un brûleur selon la figure 1 ;
La figure 4 représente une vue en coupe longitudinale d'un autre exemple de chaudière avec un brûleur selon la figure 1 ;
La figure 5 représente une vue en coupe longitudinale d'une deuxième forme de réalisation d'un brûleur selon l'invention ;
La figure 6 représente une vue en coupe d'une partie d'un autre exemple de chaudière avec un brûleur selon la figure 5 ;
La figure 7 représente une vue en coupe de la chaudière selon la ligne de coupe B-B ;
La figure 8 représente une vue en coupe d'un brûleur selon l'invention positionné sur une chaudière classique ; et
La figure 9 représente une vue en coupe de la figure 8.

Le brûleur selon l'invention comprend un cylindre 1 en matériau réfractaire tel que de l'inox réfractaire et une enveloppe extérieure la. Cet inox réfractaire présente l'avantage de présenter une faible épaisseur. La masse calorique est donc moins importante et donc la mise en température pour de bonnes conditions de combustion peut se faire plus rapidement qu'avec un matériau réfractaire de masse plus importante.
Dans la paroi supérieure 1b fermant le cylindre 1 est ménagée une ouverture d'alimentation en combustible. Au travers de cette ouverture s'engage un tube d'alimentation 5 en combustible relié à une réserve 6a de combustible par l'intermédiaire d'une écluse rotative 6 qui assure de manière régulière l'approvisionnement en combustible du brûleur. La configuration de l'écluse, de la réserve et du tube 5 permet la régularité de l'approvisionnement et même de « doser, calibrer» cet approvisionnement. L'écluse peut être linéaire ou cylindrique mais elle doit surtout ne jamais laisser passer d'air.
Le cylindre 1 comporte en outre une paroi de fond 3 munie de perforations dont les dimensions et les perforations sont choisies en fonction de la puissance du brûleur. En particulier, cette paroi de fond 3 constituant la plaque de fond ne laisse pas passer le combustible mais peut laisser passer l'air. Cette paroi de fond perforée 3, par exemple une grille, est de préférence constituée d'une tôle d'acier réfractaire.
Le cylindre 1 du brûleur est entouré d'une enveloppe extérieure la s'étendant parallèlement audit cylindre 1 et se prolongeant dans la partie inférieure de celui-ci sensiblement sous forme conique.
Le brûleur comporte en outre des moyens d'admission d'air primaire dans le cylindre 1 ou corps de chauffe. Ces moyens d'admission d'air 13 sont positionnés dans la partie inférieure du brûleur au-dessous de la paroi de fond 3. L'air est amené au niveau des moyens d'admission 13 constitués de l'espace conique défini entre la paroi de fond 3 et l'enveloppe extérieure la entourant le cylindre et ce, depuis la partie haute du brûleur, et donc de la chaudière (voir la figure 3), via le compartiment annulaire 1c ménagé entre le cylindre 1 et ladite enveloppe extérieure 1a.
Le brûleur comporte en outre des moyens permettant de générer une dépression au sein dudit brûleur, ces moyens sont constitués de moyens de distribution d'air comprimé 2 positionnés dans la partie haute du cylindre 1 du brûleur.
Cette alimentation en air comprimé génère un effet venturi dans la partie supérieure du cylindre 1 qui se trouve ainsi mis en dépression.
Du fait de la dépression créée dans le cylindre 1, la paroi de fond munie de perforations 3 joue le rôle d'une tuyère de combustion, l'air débouchant dessous étant aspiré par la dépression régnant dans le cylindre 1 et traverse le combustible reposant dessus. Le brûleur fonctionne ainsi sensiblement à la manière d'une forge.
Du fait de cette dépression, les gaz formés à la base par l'élévation de la température, s'élèvent jusqu'à l'effet venturi V généré dans la partie haute du cylindre 1 vers le tube de sortie 4 du brûleur tandis que l'air de cet effet venturi fournit le comburant nécessaire à la combustion dans le tube de sortie 4 du brûleur.
On prévoit également au sein du cylindre 1, un arbre 8, de préférence tubulaire, qui s'étend au travers de la paroi supérieure du cylindre 1 vers la tuyère de combustion 3. Cet arbre 8 est entraînable en rotation de manière simultanée avec l'écluse rotative 6, tandis que son extrémité libre dans la partie inférieure du cylindre 1 est pourvue d'un moyen de raclage 9 ou racleur qui permet l'étalement du combustible de façon régulière dans la partie inférieure du cylindre 1 sur la paroi de fond 3.
Ce racleur 9 permet de niveler le combustible de sorte que l'air qui passe au travers de la paroi de fond 3 traverse la même épaisseur de combustible afin que le feu soit régulier sur toute la surface du brûleur.
Cet arbre 8 comporte en outre, dans sa partie supérieure extérieure au cylindre 1, un orifice d'entrée d'air 8a, éventuellement de sortie en partie basse. L'air entrant permet le refroidissement de l'arbre 8.
Des moyens d'admission d'air secondaire sous la forme d'un tube 11 s'étendant parallèlement audit arbre 8 et raccordés aux moyens d'amenée d'air primaire 1c sont également prévus. Ce tube 11 débouche dans la partie supérieure du cylindre 1 et assure la continuité de la flamme dans la partie haute du brûleur, au niveau de l'effet venturi.
Sur le côté du brûleur dans le compartiment 1c, une résistance électrique insérée dans une céramique est logée dans un tube 14 et assure l'allumage du combustible dans le bas du brûleur. Une alimentation en air plus faible qu'en régime de fonctionnement est prévue le temps de l'allumage. L'air qui passe entre le pot de combustion (cylindre 1) et l'enveloppe extérieure 1a du brûleur se réchauffe pour une meilleure combustion. Cet air possède un débit réglable pour pouvoir différencier 1a précombustion-gazéification de la post-combustion (plus d'air à l' « effet venturi » génère plus de dépression).
Lorsqu'on utilise en tant que combustibles le bois ou le tournesol, les résidus de combustion uniquement constitués de cendres légères sont également aspirés par l'effet venturi et expulsés du brûleur par le tube de sortie 4 avec les gaz. Ce tube de sortie 4 dans lequel la pyrolyse s'effectue doit présenter une longueur suffisante pour que toutes les particules et le goudron soient montés en température afin de les brûler, en particulier en vue de répondre aux normes en vigueur.
Les gaz à la sortie du brûleur (représentés par les flèches noires sur la figure 3) sont projetés (effet cyclone) de manière à tourner autour du brûleur afin que les particules se trouvent projetées sur la face interne 15a d'une paroi 15 de la chaudière définissant avec la paroi extérieure 18 de ladite chaudière un compartiment E dans lequel s'écoule (flèches blanches) l'eau se chauffant par échange thermique avec les gaz. Les gaz sont alors repris en partie basse au niveau de sorties 16 ménagées au centre, donc une fois qu'ils sont moins chauds et sans particules. Les cendres descendent par gravitation vers un tiroir 17 dans le bas de la chaudière.
Dans le cas de combustible tel que le blé, les cendres se retrouvent sur la plaque de fond ou tuyère 3 à la manière de mâchefer. De manière à permettre le nettoyage du brûleur, on prévoit des moyens d'entraînement en translation de l'arbre 8 de sorte à abaisser le moyen de raclage 9 de sa position de mélangeur du combustible à une position de contact avec la tuyère de combustion 3 de sorte que le moyen de raclage 9 sert alors à broyer les résidus pour les faire passer au travers des perforations de la tuyère 3 dans le cendrier.
Ces moyens d'entraînement peuvent notamment être constitués d'un vérin, de préférence pneumatique.
Au centre du tiroir 17 ménagé dans le bas de la chaudière pour recueillir les cendres, on prévoit un moyen d'obturation 19 qui obstrue la sortie des résidus sous forme de mâchefer. Lorsqu'on sort le tiroir 17, ce « mâchefer » tombe dans les cendres.
Lorsque le combustible utilisé est constitué de résidus de pneus, les parties métalliques résultantes s'accumulent sur la paroi de fond 3. Cette paroi de fond 3 est alors de préférence agencée pour pivoter de 90° (représentée en pointillés à la figure 1) autour d'un axe pour que les déchets métalliques tombent dans le cendrier 17.
Dans l'exemple de chaudière représenté à la figure 4, les moyens d'amenée d'air primaire à la partie basse du brûleur sont ménagés dans la partie basse de la chaudière et sont constitués d'un tube 20 concentrique aux sorties des gaz 16 ce qui permet de réchauffer l'air primaire tout en refroidissant les gaz d'échappement avant leur sortie de la chaudière. Ce tube 20 débouche dans la partie inférieure du cylindre 1 sensiblement de forme conique, sous la plaque de fond 3, constituant les moyens d'admission d'air primaire. Le brûleur représenté dans la chaudière de la figure 4 ne présente donc pas d'enveloppe extérieure la définissant un compartiment d'amenée d'air. Pour des raisons de clarté certains éléments du brûleur de la figure 1 tels que, les moyens d'admission d'air secondaire ne sont pas représentés aux figures 3 et 4 mais peuvent bien entendu être présents.
Comme pour le brûleur de la figure 1, le brûleur représenté à la figure 5 comprend un cylindre 1'. Dans la paroi supérieure 1'b fermant le cylindre 1'est ménagée une ouverture d'alimentation en combustible. Au travers de cette ouverture s'engage un tube d'alimentation 5 en combustible relié à une réserve 6a de combustible par l'intermédiaire d'une écluse rotative 6 qui assure de manière régulière l'approvisionnement en combustible du brûleur. L'écluse 6 peut être linéaire ou cylindrique mais elle doit surtout ne jamais laisser passer d'air.
Le cylindre 1' comporte en outre une plaque ou grille de fond 3' présentant sensiblement les mêmes caractéristiques que celle précédemment décrite.
Le brûleur 1' comporte également des moyens permettant de générer une dépression au sein dudit brûleur, ces moyens sont constitués de moyens de distribution d'air comprimé 2' positionnés dans la partie haute du brûleur.
Cette alimentation en air comprimé génère un effet venturi V dans la partie supérieure du cylindre 1' qui se trouve ainsi mis en dépression.
Du fait de la dépression créée dans le cylindre 1', la paroi de fond munie de perforations 3' joue le rôle d'une tuyère de combustion, l'air débouchant dessous étant aspiré par la dépression régnant dans le cylindre 1' et traverse le combustible reposant dessus. Le brûleur fonctionne ainsi sensiblement à la manière d'une forge.
Du fait de cette dépression, les gaz formés à la base par l'élévation de la température, s'élèvent jusqu'à l'effet venturi V généré dans la partie haute du cylindre 1' vers le tube de sortie 4' du brûleur tandis que l'air de cet effet venturi V fournit le comburant nécessaire à la combustion dans le tube de sortie 4' du brûleur.
Le brûleur comporte en outre des moyens d'admission d'air primaire dans le cylindre 1' ou corps de chauffe. Ces moyens d'admission d'air 13' sont constitués d'un espace ménagé sous la plaque ou grille 3'. Les moyens d'amenée d'air primaire vers lesdits moyens d'admission d'air sont constitués par un tube 130 s'étendant dans le cylindre 1' depuis la paroi supérieure 1'b de celui-ci et débouchant sous la grille 3' dans l'espace 13'. De cette façon, l'air primaire circulant dans le tube 130 se réchauffe au coeur du cylindre 1'et débouche dans l'espace 13' considérablement réchauffé, ce qui favorise la combustion.
On prévoit également au sein du cylindre 1', un arbre 8', de préférence tubulaire, qui s'étend au travers de la paroi supérieure du cylindre 1' dans le tube 130 vers la tuyère de combustion 3. Cet arbre 8' est entraînable en rotation de manière simultanée avec l'écluse rotative 6, tandis que son extrémité libre dans la partie inférieure du cylindre 1' porte la grille 3' qui, de ce fait, se retrouve également entraînée en rotation à une vitesse identique à celle de l'alimentation en combustible 6 de sorte que le combustible est réparti de façon très régulière sur celle-ci. L'arbre 8' s'étendant dans ledit tube 130, l'admission d'air étant ainsi par ailleurs moins chaude. Cet arbre 8' fait tourner la grille 3' qui est ainsi entraînable en rotation
Un moyen de raclage 9' ou racleur est quant à lui monté fixe en rotation dans le cylindre 1' de sorte que la rotation de la grille 3' par rapport audit racleur 9' permet l'étalement du combustible de façon régulière dans la partie inférieure du cylindre 1' sur ladite paroi de fond 3'.
Ce racleur 9' permet de niveler le combustible de sorte que l'air qui passe au travers de la paroi de fond 3' traverse la même épaisseur de combustible afin que le feu soit régulier sur toute la surface du brûleur.
La grille 3' présente de préférence un diamètre correspondant sensiblement au diamètre interne du cylindre 1'tandis que l'espace 13' ménagé sous la grille 3' présente un diamètre plus grand. De préférence, la grille 3' est abaissable dans ledit espace 13' libérant ainsi la périphérie de la grille 3'.
Lorsque la grille 3' est abaissée, le racleur 9' est également abaissé avec une plus grande amplitude de sorte que celui-ci vient en butée contre ladite grille 3', en position de raclage de celle-ci. L'entraînement en rotation de la grille 3' permet au racleur 9' fixe en rotation mais incliné par rapport à l'axe de rotation de la grille 3', de racler ladite grille 3' qui tourne et d'évacuer les résidus alors éliminés à la périphérie de la grille 3' et tombant dans l'espace 13'.
Le fond 23 de l'espace 13' est monté pivotant autour d'un axe 24 de sorte à s'ouvrir lorsque l'arbre 8' qui repose contre ledit fond 23 est abaissé pour abaisser la grille 3'. De cette façon, les résidus tombant dans l'espace 13' sont évacués par gravité dans un tiroir à cendre de la chaudière ménagé sous ledit espace 13'.
Cet abaissement de l'arbre 8', de la grille 3' et du racleur 9' peut être mis en oeuvre à l'aide d'axes déportés. Cet arbre 8' comporte en effet, dans sa partie supérieure extérieure au cylindre 1', un axe 21 s'étendant transversalement audit arbre 8'. Cet axe 21 est monté pivotant à une extrémité 21a, qui se trouve plus basse qu'un point de pivotement 21b de cet axe 21 sur l'arbre 8' lui-même plus bas que l'extrémité opposée 21c de l'axe 21 montée à l'extrémité de la tige d'un vérin 22, de préférence pneumatique et raccordé au compresseur des moyens d'admission d'air comprimé. Le racleur 9' est, quant à lui, porté par un arbre 9a' s'étendant parallèlement à l'arbre 8' et dont l'extrémité est montée pivotante en 21d sur l'axe 21 au voisinage de l'extrémité 21c.
Lorsque le vérin 22 est actionné, la tige 22a dudit vérin 22 repousse l'axe 21 et donc abaisse l'arbre 9a' qui porte le racleur 9' ainsi que l'arbre 8', le racleur 9' étant abaissé avec une amplitude plus grande du fait de la structure réalisée.
Des moyens d'admission d'air secondaire sous la forme d'un tube 11' raccordés aux moyens d'amenée d'air primaire 130 sont également prévus. Ce tube 11' débouche dans la partie supérieure du cylindre 1'et assure la continuité de la flamme dans la partie haute du brûleur, au niveau de l'effet venturi V.
Sur le côté du brûleur, une résistance électrique insérée dans une céramique est logée dans un tube 14' et assure l'allumage du combustible dans le bas du brûleur. Une alimentation en air plus faible qu'en régime de fonctionnement est prévue le temps de l'allumage. De l'air est propulsé autour de cette résistance et provient d'un jet d'air comprimé temporisé par une électrovanne.
Une chaudière équipée d'un tel brûleur est représentée aux figures 6 et 7. Les gaz à la sortie du brûleur sont projetés depuis un tube de sortie 4' des gaz cintré (effet cyclone) de manière à tourner autour du brûleur afin que les particules se trouvent projetées sur la face interne 50a d'une paroi 50 de la chaudière définissant avec une paroi extérieure 60 de ladite chaudière un compartiment E dans lequel s'écoule l'eau se chauffant par échange thermique avec les gaz (1^er étage). Les gaz sont alors repris en partie basse, donc une fois qu'ils sont moins chauds et sans particules, par une sortie de gaz 40.
La chaudière comporte en outre un deuxième étage de réchauffement 30 de l'eau de retour du chauffage (flèches noires) avec les gaz refroidis du premier étage.
Cette sortie de gaz 40, en forme de T, permet de prendre des gaz plus froids dans la partie basse du corps principal de la chaudière. La partie verticale 41 du T permet de refroidir les gaz plus froids avec de l'eau à plus basse température. Cette sortie de gaz 40 en forme de T permet de séparer d'éventuelles particules provenant de la combustion.
Un tampon de nettoyage permet d'évacuer les résidus et de canaliser la condensation à basse température. L'extrémité d'entrée 42 du tube de sortie 40 des gaz dans la partie basse du corps principal est coupée en biseau afin de ne pas entraîner de particules descendantes dans le conduit d'échappement 41. Un tube 31 permet de reprendre l'eau en partie haute du deuxième corps de chauffe et de l'injecter dans la partie basse du corps principal de l'autre côté de la cloison 50.
Aux figures 8 et 9 est représenté un brûleur 1" selon l'invention qui est agencé pour pouvoir être positionné sur la porte P d'une chaudière de type classique. Un tel brûleur 1" est alimenté en combustible à l'aide d'une écluse 6" munie d'une trémie 6a" positionné dans la chaudière et par un tube 5" relié incliné au brûleur 1" au travers de la porte P. Un déflecteur 5a" positionné à l'extrémité du tube 5" permet une répartition sur la plaque de fond 3" du brûleur 1".
Le tube 14" renfermant la résistance d'allumage est ménagé à l'horizontal, tandis que les moyens d'admission d'air primaire 13" sont constitués d'un espace sous la plaque de fond 3", muni d'un fond 23".
Les moyens d'amenée d'air primaire 130" sont constitués d'une chambre ménagée entre la porte de la chaudière et le brûleur 1" de sorte que cet air se réchauffe avant d'entrée dans les moyens d'admission 13". Des moyens d'admission d'air secondaire sous la forme d'un tube 11" raccordés aux moyens d'amenée d'air primaire 130", sont également prévus. Ce tube 11" débouche dans le cylindre 1" et assure la continuité de la flamme dans la partie haute du brûleur, au niveau de l'effet venturi V généré par des moyens de distribution d'air comprimé 2" positionnés dans la partie haute du brûleur au niveau du tube de sortie des gaz 4".
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation données mais englobe également toutes les variantes entrant dans le champ de protection défini par les revendications.

Claims

Brûleur à combustible solide tel que biomasse, pneu, comprenant un corps de chauffe constitué d'un cylindre (1,1',1") pourvu de moyens d'alimentation en combustible solide et de moyens d'admission d'air primaire (13, 13', 13') en tant que comburant, ledit cylindre (1,1',1") étant pourvu dans sa partie inférieure, d'une plaque (3,3',3"), dans lequel
ladite plaque est positionnée au-dessus des moyens d'admission d'air primaire (13, 13', 13"), cette plaque (3,3',3") munie de perforations étant agencée pour recevoir le combustible sans que celui-ci ne la traverse, et ledit brûleur comportant en outre à l'intérieur dudit cylindre (1, 1', 1") des moyens générant une dépression au sein du brûleur de sorte à créer une circulation d'air primaire depuis le dessous de ladite plaque (3, 3',3"), au travers de celle-ci et du combustible reposant dessus jusqu'à un conduit de sortie (4, 4',4") des gaz en partie supérieure dudit brûleur et en ce que les moyens propres à créer une dépression au sein du brûleur sont constitués par des moyens d'amenée d'air comprimé (2, 2',2") positionnés dans la partie supérieure du cylindre (1, 1',1") du brûleur et générant un effet venturi créant la dépression.
Brûleur selon la revendication 1, dans lequel
les moyens d'amenée d'air comprimé (2, 2',2") sont positionnés de manière que l'air de cet effet venturi fournisse également le comburant nécessaire à la combustion dans un tube de sortie (4,4',4") du brûleur.
Brûleur selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel
les moyens d'alimentation régulière en combustible solide sont constitués d'un tube d'alimentation (5,5',5") s'engageant au travers d'une ouverture ménagée dans le cylindre (1) et relié à une réserve (6a,6a") de combustible par l'intermédiaire d'une écluse rotative (6,6") qui assure de manière régulière l'approvisionnement en combustible du brûleur.
Brûleur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel
les moyens d'admission d'air sont constitués d'un espace (13, 13',13") ménagé sous la plaque de fond (3, 3',3") dudit brûleur dans lequel de l'air est amené.
Brûleur selon l'une des revendications 1 à 4, qui
comporte un moyen de raclage de la plaque de fond (3, 3') servant également à niveler le niveau du combustible pour que l'air passe de manière régulière.
Brûleur selon la revendication 5, qui
comporte au sein du cylindre (1) un arbre (8) tubulaire, qui s'étend au travers de la paroi supérieure du cylindre (1) vers la paroi de fond (3), cet arbre (8) étant entraînable en rotation à son extrémité extérieure au cylindre (1) tandis que son extrémité libre dans la partie inférieure du cylindre (1) est pourvue du moyen de raclage (9).
Brûleur selon la revendication 6, qui
comporte des moyens d'entraînement en translation de l'arbre (8) de sorte à abaisser le moyen de raclage (9) de sa position d'étalement du combustible à une position de contact avec la plaque (3) de sorte que le moyen de raclage (9) sert alors à broyer des résidus présents sur la tuyère (3) pour les faire passer au travers des perforations de la tuyère (3).
Brûleur selon la revendication 7, qui
comporte au sein du cylindre (1) un arbre (8') tubulaire, qui s'étend au travers de la paroi supérieure du cylindre (1) vers la paroi de fond (3), cet arbre (8') étant entraînable en rotation à son extrémité extérieure au cylindre (1) tandis que son extrémité libre porte la plaque de fond (3') qui est ainsi entraînée en rotation avec ledit arbre (8'), le moyen de raclage (9') étant monté fixe en rotation dans le cylindre (1').
Brûleur selon la revendication 8, dans lequel
la plaque de fond (3') présente un diamètre correspondant sensiblement au diamètre interne du cylindre (1') tandis que l'espace (13') constituant les moyens d'admission d'air, ménagé sous ladite plaque de fond (3') présente un diamètre plus grand.
Brûleur selon l'une des revendications 8 ou 9, qui
comporte des moyens d'entraînement en translation de l'arbre (8') de sorte à abaisser la plaque de fond (3') dans l'espace (13') libérant ainsi la périphérie de la plaque (3'), le moyen de raclage (9') étant également abaissé avec une plus grande amplitude de sorte que celui-ci vient en butée contre ladite plaque de fond (3'), en position de raclage de celle-ci.
Brûleur selon la revendication 10, dans lequel
le fond (23) de l'espace (13') est monté pivotant autour d'un axe (24) de sorte à s'ouvrir lorsque l'arbre (8') qui est solidaire dudit fond (23), est abaissé pour abaisser la plaque de fond (3') et à se fermer lorsque l'arbre (8') est remonté.
Brûleur selon l'une des revendications 10 ou 11, dans lequel
l'arbre (8') comporte dans sa partie supérieure extérieure au cylindre (1'), un axe (21) s'étendant transversalement audit arbre (8'), cet axe (21) étant monté pivotant à une extrémité (21a), qui se trouve à une position plus basse qu'un point de pivotement (21b) de cet axe (21) sur l'arbre (8') lui-même plus bas que l'extrémité opposée (21c) de l'axe (21) montée à l'extrémité de la tige (22a) d'un vérin (22) pneumatique, le moyen de raclage (9') étant porté par un arbre (9a') s'étendant parallèlement à l'arbre (8') dont l'extrémité est montée pivotante en (21d) sur l'axe (21) au voisinage de l'extrémité (21c).
Brûleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
les moyens d'amenée d'air primaire (130) sont constitués d'un tube s'étendant centralement, dans le cylindre (1') au travers de la paroi supérieure (1b') de celui-ci et débouchant sous la plaque (3') dudit brûleur par une ouverture centrale de section suffisante pour l'air primaire.
Brûleur selon la revendication 13, dans lequel
le tube (130) est concentrique à l'arbre (8') et entoure celui-ci.
Brûleur selon l'une des revendications 1 à 14, qui
comporte en outre une enveloppe extérieure définissant avec le cylindre un compartiment annulaire dans lequel est amené l'air primaire jusqu'au moyens d'admission d'air (13).
Brûleur selon l'une des revendications 6 à 15, dans lequel
l'entraînement en rotation de l'arbre (8, 8') est réalisé de manière simultanée avec l'écluse rotative (6)
Brûleur selon l'une des revendications 6 à 15, dans lequel
des moyens d'admission d'air secondaire constitués d'un tube (11) raccordés aux moyens d'amenée et/ou d'admission d'air primaire s'étendent dans le cylindre (1) et débouchent dans la partie supérieure du cylindre (1) de manière à assurer la continuité de la flamme dans la partie haute du brûleur, au niveau de l'effet venturi.
Brûleur selon l'une des revendications 1 à 17, dans lequel
des moyens de génération d'une flamme tels que des moyens de distribution d'un gaz tel que propane, butane, sont prévus dans le tube de sortie (4).
Chaudière à combustible solide tel que biomasse, qui
comporte au moins un brûleur selon l'une des revendications 1 à 18.
Chaudière selon la revendication 19,
dans laquelle les moyens d'amenée d'air primaire depuis la chaudière jusqu'à la partie basse du brûleur sont ménagés dans la partie basse de la chaudière et sont constitués d'un tube (20) concentrique à des sorties des gaz (16) ce qui permet de réchauffer l'air primaire et de refroidir les gaz en sortie.
Chaudière selon la revendication 19, qui
comporte un deuxième étage de réchauffement (30) de l'eau de retour du chauffage avec les gaz refroidis du premier étage, une sortie de gaz (40), en forme de T, permettant de prendre des gaz plus froids dans la partie basse du corps principal de la chaudière tandis que la partie verticale (41) du T permet de refroidir les gaz plus froids avec de l'eau à plus basse température, un tube (31) permettant de reprendre l'eau en partie haute du deuxième corps de chauffe et de l'injecter dans la partie basse du corps principal de l'autre côté d'une cloison (50) du premier étage de la chaudière.
Chaudière classique type fuel au bois, qui
selon l'une des revendications 1 à 18, comporte un brûleur agencé pour pouvoir être positionné sur la porte P de la chaudière de type classique.