EP2273191A1 - Chaudière pour combustible solide, liquide ou pulvérulent - Google Patents

Chaudière pour combustible solide, liquide ou pulvérulent Download PDF

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Publication number
EP2273191A1
EP2273191A1 EP09165226A EP09165226A EP2273191A1 EP 2273191 A1 EP2273191 A1 EP 2273191A1 EP 09165226 A EP09165226 A EP 09165226A EP 09165226 A EP09165226 A EP 09165226A EP 2273191 A1 EP2273191 A1 EP 2273191A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
hearth
tubes
horizontal
boiler according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09165226A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pascal Seingier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sas de Grand Maison
Original Assignee
Sas de Grand Maison
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sas de Grand Maison filed Critical Sas de Grand Maison
Priority to EP09165226A priority Critical patent/EP2273191A1/fr
Publication of EP2273191A1 publication Critical patent/EP2273191A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L1/00—Passages or apertures for delivering primary air for combustion 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B10/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C1/00—Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls

Definitions

  • the present invention relates to a boiler for the combustion of a fuel, for the purpose of creating calories, and for heating a fluid, such as water, for the heating of a dwelling, shed, factory, workshop, or any construction requiring to be heated.
  • the boiler of the invention is intended to allow the combustion of various fuels: in liquid form, such as oils for example vegetable oils; in solid form such as cakes, wood, branches, etc .; in the form of powders such as cereal seeds or the like.
  • cereals are significantly cheaper and have an energy efficiency of several orders of magnitude higher.
  • the known boilers have a design such that their construction and assembly are relatively difficult, and that the recovery of calories from the home to transfer it to the heat transfer fluid for heating is not optimal.
  • the safety of the boiler is not always completely reliable, in particular to ensure proper evacuation of smoke, and to prevent backfires in the fuel supply means, that they are in the form of grains, solid or liquid.
  • boilers only allow the combustion of a type of fuel, either a liquid (vegetable oil), a powdery material (cereals or grains), or solid elements (shredded woods, cakes).
  • the present invention aims to remedy these drawbacks and proposes a boiler capable of ensuring the combustion, under optimum safety and energy ratio conditions, of several different types of fuel, either liquid, solid or powdery, which is easy to clean. assemble and maintain during operation, and to easily evacuate the combustion residues.
  • the boiler of the type comprising a hearth, means for supplying fuel to said hearth, a heat exchanger between the heated air coming from the hearth, and a coolant (such as water ), is characterized in that it comprises pressurized air supply means under the focus or at the base thereof.
  • said pressurized air supply means comprises a compression chamber, connected upstream to a source of air under pressure, and downstream so as to direct the air towards the hearth, so as not only to allow the combustion, but also to cool the lower part of the hearth.
  • the pressure and / or velocity and / or flow rate of the pressurized air from the compression chamber are adjusted or adjusted to ensure optimum circulation of the air heated by the furnace in the heat exchanger , and prevent a flashback at the fuel supply means.
  • the pulverulent fuel supply pipe comprises a Venturi and is connected to a source of air, and preferably from said compression chamber.
  • the solid fuel supply duct of individual elements is advantageously firstly provided with an Archimedean screw, and secondly connected to a source of air, and preferably from the small compression chamber. .
  • the horizontal hollow cylinder is recessed in its lower part.
  • a scraper or semi-cylindrical crucible of dimension complementary to the horizontal cylinder, disposed opposite the lower recessed portion of the latter, and provided with openwork.
  • the semi-cylindrical crucible of the same material as that constituting the focus for example, refractory material or steel.
  • the semi-cylindrical crucible is movable in translation, along the axis of the horizontal cylindrical focus.
  • the heat exchanger comprises an enclosure filled with heat transfer fluid, such as water, of preferably parallelepipedic or cubic shape, inside which is arranged a sealed air circulation circuit heated by the furnace, and connected to an inlet of cold water, and an outlet of hot water heated by the calories coming from the air heated by the hearth.
  • heat transfer fluid such as water, of preferably parallelepipedic or cubic shape
  • the hot air circulation circuit comprises a series of vertical tubes interconnected so as to create a circulation of hot air from the furnace, to a flue gas exhaust outlet of the cooled air following the transfer of heat from the heated air towards the coolant.
  • the chamber filled with water has side walls, an upper plate and a lower plate connected to each other either by spacers, or by the tubes themselves acting as spacers.
  • the heat exchanger further comprises two lower and upper closed chambers, on either side respectively of the lower and upper plates, and connected to said series of tubes.
  • Two smoke exhaust ducts are provided, and only one referenced 8, is shown on the side view of the figure 1 . These are generally L-shaped, one end of which is connected to said lower chamber 7.
  • the hearth 1 is disposed inside the lower chamber 7 of the heat exchanger 3.
  • the chamber filled with water 6 is delimited by six rectangular or square panels, including four vertical walls (the two walls 9 and 10 are visible on the figure 2 considering the perspective), a lower plate 11 an upper plate 12.
  • the heat exchanger 3 also comprises an upper chamber 13 where air circulates, of parallelepipedal shape, and a dimension in the vertical direction is significantly lower to other dimensions in the horizontal plane.
  • a burner 20 of a type known per se, and fed for example with liquid or gaseous fuel, such as, for example: recycle oil or HVP, fuel oil or gas .
  • liquid or gaseous fuel such as, for example: recycle oil or HVP, fuel oil or gas .
  • the burner 20 is not represented on the figure 1 for the sake of clarity.
  • the burner is capable of generating a flame substantially horizontal, or slightly inclined downwards, and directed inwards and more particularly the internal base of the horizontal hollow cylinder 18 of the hearth.
  • This duct 21 is intended to supply the fire pit with fuel of the powder type, such as seeds or the like.
  • a vertical tube 22 On the duct 21, in the upper part thereof, outside the boiler, is connected a vertical tube 22 with a diameter of between about 30 mm and 100 mm.
  • This tube 21 is supplied with air by the effect of a Venturi 21A, which creates a vacuum during the suction of the powdery fuel from the tube 22.
  • the figure 3 shows the boiler for rear perspective, and where we find the chamber filled with water 6, the respective chambers of air circulation, upper 13 and lower 7, the horizontal cylindrical portion 18 of the hearth 1, the pillars 4 , 5, 5a and 4a on which the boiler rests, and the two ducts 8 and 8a for evacuation of L-shaped fumes, arranged on each side with respect to the hearth 1.
  • FIG 4 showing a left-side perspective view of the boiler of the invention where similar elements, which have been described in connection with Figures 1 to 3 , are not described further, and carry identical references.
  • FIG 4 is shown in exploded view the lower part of the boiler, showing the hearth 1 and a crucible 23 semi cylindrical shape and dimensions complementary to the horizontal cylindrical portion 18 of the hearth 1.
  • the scraper 23 is tangent and very close to the face external of the cylinder 18 of the hearth 1.
  • the scraper 23 on the one hand is provided with perforations in the form for example of transverse slots substantially in a semicircle, and firstly is mounted on a support base 24 sliding in a horizontal plane, d ' forward and backward, along the longitudinal axis of the horizontal cylinder 18 forming the hearth 1.
  • the support base On the figure 4 , the support base is shown in its position before operation ( figure 4 ) where it is located on the front or front side of the boiler, that is to say on the burner side 20 ( figure 2 ).
  • the scraper 23 closes in this position an opening (which is not visible) provided in the horizontal cylinder 18 of the fireplace; the dimensions of the opening 25 are such that it is completely closed by the scraper 23.
  • the figure 5 shows a partial view of the boiler, and precisely the lower part is inside the lower chambers 7 (the enclosure 3 being omitted), left side perspective and from above.
  • the semi-cylindrical scraper 23 is shown in its second position, called the ash removal from the furnace, where it is translated backwards (flue gas outlet ducts 8 and 8a), with respect to its working position ( figure 4 ), a distance substantially equivalent to its length (or a little lower).
  • the scraper 23 releases an opening 25 (in a portion of a cylinder) provided in the lower part of the horizontal cylinder 18 of the hearth 1.
  • a horizontal plate 26 provided with a window 27, located opposite the opening 25 of the fireplace 1, and of corresponding dimensions and shape.
  • the hearth 1 the crucible 23 are preferably made of the same material: for example, of refractory material.
  • the device of the invention allows the evacuation of ash and clinker present at the bottom of the home, simply and reliably.
  • the burning materials which become ash and slag, rest on the perforated crucible 23, at least in large part, taking into account the opening 25 provided at the bottom of the cylinder 18 of the hearth 1 .
  • the figure 6 shows a detail view of the boiler, the hearth 1 not shown for reasons of clarity.
  • the scraper 23 part of the enclosure 3, part of the air circulation tubes, and one of the flue gas discharge ducts, whose upstream opening 28 opens into the lower part of the chamber lower enclosure 7C 'of air circulation.
  • the figure 7 shows a schematic longitudinal sectional view, in a vertical plane, of the boiler.
  • the lower air circulation chamber 7 is divided into two right and left chambers, respectively 7A and 7B, located on either side of the vertical cylinder 19 of the hearth, and the base 14a of the air duct 14.
  • the upstream mouths 28 and 28A of the flue gas discharge ducts 8 and 8A open into each respective chamber 7A and 7B.
  • an Archimedean screw 30 Inside the supply duct 29 is an Archimedean screw 30, while the duct is connected, not shown, to a fuel source in the form of distinct solid elements, such as pieces of wood. , cakes, etc.
  • FIG 7 which is a sectional view in a vertical plane, only six tubes 31 to 36 of air flow are shown, parallel and vertical.
  • the tubes 31, 32 and 33 are shown behind the main central duct 14, whereas the tubes 34, 35 to 36 are shown in front of the duct 14,
  • the fuel 37 is shown during combustion.
  • the heat generated by the combustion in the hearth 1 heats the air in the central main duct 14, which rises up to reach the latter in an auxiliary chamber 38 defined by a U-shaped partition 39, seen in section, and delimiting a closed space with the upper plate 12, even within the upper air circulation chamber 13.
  • the upper end of the tubes 33 and 34 closest to the duct 14 open into the auxiliary chamber 38. L
  • the air is thus led to follow a downward route in these same tubes, until it emerges, after passing through the lower plate 11, in the two "smoke boxes" 7B and 7C of relatively large volume, so as to slow down the speed air / smoke, to allow the deposition, by gravity of the heavier elements (dust) at the bottom of said smoke boxes.
  • the emptying of the soot and dust of said smoke boxes is done by partially opening the bottom of the boxes at the same time as the evacuation of ash and clinker home.
  • the air continues its movement and opens into the tubes 32 and 35 closest, to arrive, in their upward movement, in the upper chamber 13 of circulation, where the air enters the tubes 31 and 36 the furthest the central duct 14, to continue a downward movement and lead into the lower chambers 7B 'and 7C' to allow still the deposition by gravity of the heavier elements (dust).
  • the emptying is done just as for 7B and 7C.
  • the air is evacuated from the latter through the ducts fumes discharge 8 and 8A through the respective openings 28 and 28A thereof.
  • the air communicates its calories, heat or energy, borrowed from the hearth, the walls of the tubes, which at their turn communicate this heat to the water present in the chamber 6 through which the tubes and the conduit 14 central.
  • figure 9 showing a schematic sectional view, in a vertical plane, of the boiler and in particular air circulation means and pressurized air supply of the furnace.
  • an air source in the form of a fan referenced 43, supplying a lower chamber 7A where the air is under pressure. Any other source of pressurized air may be used.
  • the pressurized air in the compression chamber 7A feeds as indicated on the figure 9 , the different fuel supply ducts, namely solid fuels (cakes), and pulverulent fuels (seeds and cereals) and liquid fossil fuels (fuel for example).
  • the different fuel supply ducts namely solid fuels (cakes), and pulverulent fuels (seeds and cereals) and liquid fossil fuels (fuel for example).
  • References on the figure 9 for identical or similar elements are the same as those of the Figures 1 to 8 .
  • the figure 8 shows a sectional view in a vertical plane of the boiler.
  • the first, second and third series of tubes respectively comprise between four and ten tubes distributed, for each series, uniformly around the tube 14 in a concentric manner, the first series 40 being the closest to the duct 14.
  • the arrows show the movement of air at the upper ends respectively of the conduit 14 and each tube.
  • the arrows show the movement of the air in the auxiliary chamber 38, coming out of the central main duct 14, and in a downward movement in the first series of tubes 40. The air then arrives in the lower chamber 7, emerging from the first series of tubes 40, to follow an upward movement in the second series of tubes 41.
  • the air from the second series of tubes enters a downward movement into the third series of tubes 42.

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Abstract

La présente invention concerne une chaudière du type comportant un foyer, des moyens d'alimentation en combustible vers ledit foyer, un échangeur de calories entre l'air chauffé provenant du foyer, et un fluide caloporteur (tel que de l'eau), caractérisée en ce qu 'elle comporte des moyens d'alimentation en air sous pression disposés sous le foyer ou à la base de celui-ci, et comprenant une chambre de compression, reliée en amont à une source d'air sous pression, et en aval de manière à diriger l'air vers le brûleur, pour permettre la combustion et refroidir la partie inférieure du foyer. La pression et/ou la vitesse et/ou le débit de l'air sous pression provenant de la chambre de compression, sont réglés pour assurer une circulation optimale de l'air chauffé dans l'échangeur de calories, et empêcher un retour de flamme au niveau des moyens d'alimentation en combustibles.

Description

  • La présente invention concerne une chaudière assurant la combustion d'un combustible, en vue de créer des calories, et de réchauffer un fluide, tel que de l'eau, destiné au chauffage d'une habitation, hangar, usine, atelier, ou toute construction nécessitant d'être chauffée.
  • Plus particulièrement, la chaudière de l'invention est destinée à permettre la combustion de combustibles divers : sous forme liquide, tels que des huiles par exemple des huiles végétales ; sous forme solide tels que des tourteaux, bois, branchages, etc..... ; sous forme de pulvérulents tels que des graines céréalières ou équivalent.
  • On connaît l'intérêt sur les plans énergétique, écologique et économique de brûler des matériaux renouvelables ou provenant de déchets, plutôt que des énergies fossiles du type fioul ou gaz.
  • Par exemple, par rapport au fioul, les céréales sont très sensiblement meilleur marché et présentent un rendement énergétique de plusieurs ordres de grandeur supérieur.
  • En outre, il existe de nombreux résidus ou déchets (résidus ou poussières de céréales, huiles du type HVP, bois déchiquetés, branchages, tourteaux) qui sont à même de produire, en théorie, des calories meilleur marché que les combustibles fossiles.
  • De manière connue, de nombreuses tentatives ont été faites pour proposer des chaudières supposées être adaptées à de tels combustibles. Cependant, les chaudières connues de ce type présentent des inconvénients.
  • Tout d'abord, elles n'assurent pas toujours une combustion complète, ce qui d'une part affecte leur rendement, et d'autre part entraîne la création de quantité de résidus ou cendres importante.
  • En outre, les chaudières connues présentent une conception telle que leur construction et assemblage sont relativement difficiles, et que la récupération des calories provenant du foyer, pour la transférer au fluide caloporteur destiné au chauffage, n'est pas optimale.
  • De plus, la sécurité de la chaudière n'est pas toujours totalement fiable, notamment pour assurer une évacuation correcte de la fumée, et pour éviter les retours de flamme au niveau des moyens d'alimentation en combustibles, que ces derniers soient sous forme de grains, de solide ou de liquide.
  • Par ailleurs, l'utilisation et le fonctionnement de certaines chaudières connues présentent des inconvénients. Premièrement, les résidus issus de la combustion seront souvent relativement difficiles à évacuer, du fait principalement qu'ils adhèrent au fond du foyer. Deuxièmement, les opérations de maintenance nécessitent généralement un accumulateur d'eau chaude annexe.
  • Enfin et surtout, les chaudières connues ne permettent la combustion que d'un type de combustible, soit un liquide (huile végétale), soit une matière pulvérulente (céréales ou grains), soit des éléments solides (bois déchiquetés, tourteaux).
  • La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et propose une chaudière apte à assurer la combustion, dans des conditions de sécurité et de rapport énergétique optimaux, de plusieurs types différents de combustible, soit liquide, soit solide, soit pulvérulents, qui soit facile à assembler et à maintenir en cours de fonctionnement, et permettant d'évacuer facilement les résidus de combustion.
  • A cette fin, selon invention, la chaudière du type comportant un foyer, des moyens d'alimentation en combustible vers ledit foyer, un échangeur de calories entre l'air chauffé provenant du foyer, et un fluide caloporteur (tel que de l'eau), est caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'alimentation en air sous pression sous le foyer ou à la base de celui-ci.
  • Plus précisément, lesdits moyens d'alimentation en air sous pression comporte une chambre de compression, reliée en amont à une source d'air sous pression, et en aval de manière à diriger l'air vers le foyer, afin non seulement de permettre la combustion, mais également de refroidir la partie inférieure du foyer.
  • La pression et/ou la vitesse et/ou le débit de l'air sous pression provenant de la chambre de compression, sont réglés ou ajustés de manière à assurer une circulation optimale de l'air chauffé par le foyer dans l'échangeur de calories, et empêcher un retour de flamme au niveau des moyens d'alimentation en combustibles.
  • Avantageusement, les moyens d'alimentation en combustibles comportent l'un des moyens suivants, ou toute combinaison de ces derniers :
    • - un brûleur de combustible liquide, tels que de l'huile, par exemple une huile végétale du type HVP, conçu de manière à diriger la flamme de combustion selon une direction comprise entre l'horizontale et une direction faisant un angle de 35 degrés, de préférence de l'ordre de 20 degrés.
    • - un moyen d'alimentation en combustible pulvérulent, tel que des céréales ou équivalent, sous la forme d'un conduit incliné entre 20 et 45 degrés, de préférence selon un angle d'environ 35 degrés, débouchant à une distance comprise entre eux 10 cm et 35 cm au-dessus du foyer.
    • - un moyen d'alimentation en combustible solide formé d'éléments individuels, tels que du bois déchiquetés, tourteaux, branchages, sous la forme d'un conduit débouchant à une distance comprise entre 25 cm et 40 cm au-dessus du foyer.
  • Avantageusement, le conduit d'alimentation en combustibles pulvérulents comporte un Venturi et est relié à une source d'air, et de préférence provenant de la dite chambre de compression.
  • Le conduit d'alimentation en combustibles solide d'éléments individuels est avantageusement d'une part pourvu d'une vis d'Archimède, et d'autre part relié à une source d'air, et de préférence provenant de la petite chambre de compression.
  • Selon une forme préférée, le foyer comporte :
    • un premier cylindre creux d'axe horizontal, dont une première extrémité est obturée et dans la seconde extrémité duquel débouche le brûleur de combustible liquide ou gazeux ;
    • un second cylindre creux d'axe vertical raccordé au premier cylindre horizontal (sensiblement aux tiers de la longueur de ce dernier) par des découpes et des flancs biseautés, et dans lequel débouche d'une part le moyen d'alimentation en combustibles pulvérulents, d'autre part le moyen d'alimentation en combustible solide constitué d'éléments individuels.
  • Sur une partie de sa longueur, le cylindre creux horizontal est évidé dans sa partie inférieure.
  • Afin de relier le foyer à une alimentation en air, et permettre la récupération des résidus de combustion, cendres et mâchefer, il est prévu un racleur ou creuset semi cylindrique, de dimension complémentaire au cylindre horizontal, disposé en regard de la partie évidée inférieure de ce dernier, et pourvu d'ajourages.
  • Avantageusement, le creuset semi cylindrique du même matériau que celui constituant le foyer, par exemple, du matériau réfractaire ou bien de l'acier.
  • En outre, le creuset semi cylindrique est mobile en translation, suivant l'axe du foyer cylindrique horizontal.
  • L'échangeur de calories comporte une enceinte remplie de fluide caloporteur, tel que de l'eau, de forme de préférence parallélépipédique ou cubique, à l'intérieur de laquelle est disposé un circuit de circulation étanche d'air chauffé par le foyer, et reliée à une arrivée d'eau froide, et une sortie d'eau chaude chauffée par les calories provenant de l'air chauffé par le foyer.
  • Le circuit de circulation d'air chaud comporte une série de tubes verticaux reliés entre eux de manière à créer une circulation d'air chaud depuis le foyer, vers une sortie d'évacuation des fumées de l'air refroidi suite au transfert de calories de l'air chauffée, vers le fluide caloporteur.
  • De manière préférée, l'enceinte remplie d'eau comporte des parois latérales, une plaque supérieure et une plaque inférieure reliées l'une à l'autre soit par des entretoises, soit par les tubes eux-mêmes jouant le rôle d'entretoises. L'échangeur de chaleur comporte en outre deux chambres fermées inférieure et supérieure, de part et d'autre respectivement des plaques inférieure et supérieure, et reliées à ladite série de tubes.
  • Plus précisément, la série de tubes verticaux de circulation d'air comporte /
    • ■ un conduit principal de diamètre sensiblement équivalent au cylindre vertical du foyer et à l'aplomb de celui-ci, et assurant une circulation ascendante de l'air provenant du foyer, vers la chambre supérieure ;
    • ■ un premier jeu de tubes (par exemple 4) répartis autour du tube principal, et assurant une circulation descendante de l'air de la chambre supérieure vers la chambre inférieure ;
    • ■ un second jeu de tubes (par exemple au nombre de six) assurant une circulation ascendante de l'air ;
    • ■ Un troisième jeu de tubes (par exemple au nombre de six) assurant une circulation descendante de l'air, et relié en partie basse à au moins un conduit d'évacuation des fumées et de l'air refroidi.
  • L'invention sera bien comprise à la lumière de la description qui suit, se rapportant à des exemples illustratifs, mais non limitatifs, de formes de réalisation de l'invention, en rapport avec les dessins dans lesquels :
    • La figure 1 est une vue du côté gauche, montrant schématiquement la chaudière de l'invention et en coupe partielle ;
    • La figure 2 est une vue en perspective avant de la chaudière de la figure 1, en vue partielle éclatée ;
    • La figure 3 est une vue arrière en perspective de la chaudière ;
    • La figure 4 est une vue de côté similaire à la figure 1 montrant avec détail le foyer et le système de récupération des cendres ;
    • La figure 5 est une vue en perspective de côté et montrant la partie basse de la chaudière et notamment le foyer ;
    • La figure 6 est vue de détail en perspective montrant le foyer et la base de l'enceinte de fluide caloporteur ;
    • La figure 7 est une vue en coupe transversale de la chaudière de l'invention ;
    • La figure 8 est une vue en coupe transversale suivant un plan vertical à 90°par rapport à la figure 7 ; et
    • La figure 9 est une vue schématique en coupe montrant le synoptique de circulation de l'air dans la chaudière.
  • En référence à la figure 1 montrant une vue du côté gauche de la chaudière de l'invention, celle-ci comporte différentes parties, à savoir :
    • un foyer 1 de forme générale cylindrique (représenté en noir sur la figure) ;
    • une boîte de récupération de cendres et mâchefer 2, disposée sous le foyer 1, de forme parallélépipédique.
    • un échangeur de calories 3 disposé au-dessus du foyer, reposant sur le sol par l'intermédiaire de quatre piliers, dont les piliers 4 et 5 sont seuls visibles sur la figure 1, l'échangeur comprenant :
      • o une enceinte supérieure 6, sensiblement parallélépipédique ou cubique et remplie de fluide caloporteur, tel que de l'eau, et comprenant à l'intérieur une série de conduits et de tubes verticaux de circulation d'air ;
      • o une chambre inférieure 7, représentée ouverte en éclaté sur la figure 1 pour des raisons de commodité.
  • Deux conduits d'évacuation des fumées sont prévus, et l'un seul référencé 8, est montré sur la vue de côté de la figure 1. Ces derniers sont en forme générale de L dont une extrémité est reliée à ladite chambre inférieure 7.
  • Sur la figure 2, on a représenté la chaudière de la figure 1, en perspective avant. Le foyer 1 est disposé à l'intérieur de la chambre inférieure 7 de l'échangeur de calories 3. L'enceinte remplie d'eau 6 est délimitée par six panneaux rectangles ou carrés, incluant quatre parois verticales (dont les deux parois 9 et 10 sont visibles sur la figure 2 compte tenu de la perspective), une plaque inférieure 11 une plaque supérieure 12. L'échangeur de calories 3 comporte également une chambre supérieure 13 où circule l'air, de forme parallélépipédique, et dont une dimension, dans le sens vertical est nettement inférieure aux autres dimensions dans le plan horizontal.
  • A l'intérieur de l'enceinte 6, sont prévus :
    • -un conduit principal 14 d'air, vertical, relié à sa base 14a au foyer 1, et à sa partie supérieure 14b à la chambre supérieure 13 ;
    • - une série de tubes, verticaux, référencés 15,16, 17, pour ceux visibles sur la figure 2, uniformément et régulièrement répartis dans l'enceinte 3 remplie d'eau ; les tubes de circulation d'air sont par exemple au nombre de vingt, et débouchent à leur base dans les chambres inférieures 7 de circulation d'air, et à leur sommet dans la chambre supérieure 13 de circulation d'air.
  • Le conduit principal 14 et les tubes verticaux de circulation d'air :
    • ■ font ainsi communiquer entre elles les chambres respectives supérieures 13 et inférieures 7 ;
    • ■ traverse les plaques respectives inférieure 11 et supérieure 12 de l'enceinte remplie d'eau 6.
  • Le foyer 1 comporte :
    • ■ une première partie cylindrique 18 creuse, d'axe horizontal, de diamètre compris entre environ 250 mm et 1000 mm, à titre d'exemple, et débouchant à ses extrémités sur les faces respectives avant et arrière de la chaudière ;
    • ■ une seconde partie cylindrique 19 creuse, d'axe vertical, et raccordée à sa base à la partie cylindrique horizontale 18 par des découpes et des flancs biseautés, et raccordée à sa partie supérieure à la base 14a du conduit de circulation d'air 14.
  • Du côté de la face avant du cylindre horizontal 18 du foyer 1, est prévu un brûleur 20, de type connu en soi, et alimenté par exemple en combustible liquide ou gazeux, tel que par exemple : huile de recyclage ou HVP, fioul ou gaz. A noter que le brûleur 20 n'est pas représenté sur la figure 1 pour des raisons de clarté. Le brûleur est apte à engendrer une flamme sensiblement horizontale, ou légèrement inclinée vers le bas, et dirigée vers l'intérieur et plus particulièrement la base interne du cylindre creux horizontal 18 du foyer.
  • Sur la face avant du cylindre vertical 19 du foyer 1, débouche un conduit 21 incliné par rapport à l'horizontale, vers le bas, en direction du foyer selon un angle compris entre 5° et 35°, et de préférence de l'ordre de 30°, et d'un diamètre compris entre environ 30 mm et 100 mm. Ce conduit 21 est destiné à l'alimentation du foyer en combustible du type pulvérulent, tel que des graines ou similaires.
  • Sur le conduit 21, en partie supérieure de celui-ci, à l'extérieur de la chaudière, est raccordé un tube vertical 22 de diamètre compris entre environ 30 mm et 100 mm. Ce tube 21 est alimenté en air par l'effet d'un Venturi 21A, ce qui crée une dépression pendant l'aspiration du combustible pulvérulent issu du tube 22.
  • La figure 3 montre la chaudière en vue de perspective arrière, et où on retrouve l'enceinte remplie d'eau 6, les chambres respectives de circulation d'air, supérieures 13 et inférieures 7, le la partie cylindrique horizontale 18 du foyer 1, les piliers 4, 5, 5a et 4a sur lesquels repose la chaudière, et les deux conduits 8 et 8a d'évacuation des fumées en forme de L, disposés de chaque côté par rapport au foyer 1.
  • Il est fait référence à la figure 4 montrant une vue en perspective de côté gauche, de la chaudière de l'invention où les éléments similaires, qui ont été décrits en rapport aux figures 1 à 3, ne sont pas décrits plus avant, et portent des références identiques.
  • Sur la figure 4, est représentée en vue éclatée la partie basse de la chaudière, montrant le foyer 1 et un creuset 23 semi cylindrique, de forme et dimensions complémentaires à la partie cylindrique horizontale 18 du foyer 1. Le racleur 23 est tangent et très proche de la face externe du cylindre 18 du foyer 1.
  • En outre, le racleur 23 , d'une part est pourvu d'ajourages sous la forme par exemple de fentes transversales sensiblement en demi-cercle, et d'une part est monté sur un socle support 24 coulissant dans un plan horizontal, d'avant en arrière, suivant l'axe longitudinal du cylindre horizontal 18 formant le foyer 1. Sur la figure 4, le socle support est représenté dans sa position avant de fonctionnement (figure 4) où il est situé du côté avant ou frontal de la chaudière, c'est-à-dire du côté du brûleur 20 (figure 2). Le racleur 23 obture dans cette position une ouverture (qui n'est pas visible) prévue dans le cylindre 18 horizontal du foyer ; les dimensions de l'ouverture 25 sont telles qu'elle est entièrement obturée par le racleur 23.
  • L'autre position du socle support 24 du racleur 23, est décrite en regard de la figure 5.
  • La figure 5 montre une vue partielle de la chaudière, et précisément la partie basse soit à l'intérieur des chambres inférieures 7 (l'enceinte 3 étant omise), en perspective de côté gauche et de dessus. Le racleur semi cylindrique 23 est représenté dans sa seconde position, dite d'évacuation des cendres du foyer, où il est translaté vers l'arrière (côté conduits 8 et 8a d'évacuation des fumées), par rapport à sa position de travail (figure 4), d'une distance sensiblement équivalente à sa longueur (ou un peu inférieure).
  • Dans sa position d'évacuation (figure 5), le racleur 23 libère une ouverture 25 (en portion de cylindre) prévue dans la partie basse du cylindre horizontal 18 du foyer 1.
  • De même, il est prévu sous le foyer 1 une plaque horizontale 26 pourvue d'une fenêtre 27, située en regard de l'ouverture 25 du foyer 1, et de dimensions et forme correspondantes.
  • Le foyer 1 le creuset 23 sont de préférence en un même matériau : par exemple, en matériau réfractaire.
  • Ainsi, le dispositif de l'invention permet l'évacuation des cendres et du mâchefer présent au fond du foyer, de façon simple et fiable. En effet, en cours de fonctionnement, les matières en combustion, qui deviennent des cendres et du mâchefer, reposent sur le creuset 23 ajouré, au moins en grande partie, compte tenu de l'ouverture 25 prévue au fond du cylindre 18 du foyer 1.
  • Lorsqu'il est nécessaire d'évacuer les cendres et mâchefer, l'utilisateur provoque, par une manette ou levier (non représenté sur les figures pour des raisons de clarté), le déplacement en translation du racleur 23 et son socle support 24, depuis la position de fonctionnement montrée sur les figures 1 et 4, vers la position d'évacuation, vers l'arrière de la chaudière, montrée sur la figure 5. Lors du déplacement du racleur 23, les cendres et le mâchefer buttent contre le bord arrière de l'ouverture 25 dans le cylindre 18 du foyer 1, et alors que le mouvement du racleur continue, les cendres sont ainsi désolidarisées ou « décollées» du racleur pour tomber par l'ouverture 25, puis une ouverture 27 prévue dans la plaque 26, dans le tiroir récupérateur de cendres 2.
  • Le fait que le creuset 23 et le cylindre 18 du foyer soient au contact de masses d'air de températures différentes, et présentent donc des coefficients de dilatation différents, aide à l'évacuation des cendres, telle que décrite dans le paragraphe précédent. En outre, le mâchefer en refroidissant, durcit et n'adhère pas au creuset cylindrique qui présente un coefficient de dilatation (rétractation) différent de celui du mâchefer.
  • La figure 6 montre une vue de détail de la chaudière, le foyer 1 n'étant pas représenté pour des raisons de clarté. On retrouve sur cette vue le racleur 23, une partie de l'enceinte 3, une partie des tubes de circulation d'air, un des conduits d'évacuation 8 de fumées, dont l'ouverture amont 28 débouche dans la partie inférieure de l'enceinte inférieure 7C' de circulation d'air.
  • La figure 7 montre une vue en coupe schématique longitudinale, dans un plan vertical, de la chaudière. La chambre inférieure 7 de circulation d'air est divisée en deux chambres droites et gauches, respectivement 7A et 7B, situées de part et d'autre du cylindre vertical 19 du foyer, et de la base 14a du conduit 14 d'air. Les embouchures amont 28 et 28A des conduits d'évacuation de fumées 8 et 8A débouchent dans chaque chambre respective 7A et 7B.
  • Entre les chambres inférieures 7A et 7B de circulation d'air, il est prévu un conduit 29 d'alimentation d'axe longitudinal parallèle à celui du foyer, et dont une extrémité débouche dans la base 14a du conduit 14, ou dans le partie cylindrique verticale 19 du foyer. A l'intérieur du conduit 29 d'alimentation est disposé une vis d'Archimède 30, tandis que le conduit est relié, de façon non représenté, à une source de combustible sous forme d'éléments solides distincts, tels que des morceaux de bois, tourteaux, etc.
  • Sur la figure 7, qui est une vue en coupe dans un plan vertical, seuls sont représentés six tubes référencés 31 à 36 de circulation d'air, parallèles et verticaux. En particulier, les tubes 31,32 et 33 sont montrés en arrière du conduit 14 central principal, tandis que les tubes 34, 35 à 36 sont montrés en avant du conduit 14,
  • Dans le foyer 1, le combustible 37 est montré en cours de combustion.
  • La chaleur dégagée par la combustion dans le foyer 1, chauffe l'air dans le conduit principal central 14, qui monte jusqu'à déboucher de ces derniers dans une chambre auxiliaire 38 définie par une cloison 39 en forme de U, vue en coupe, et délimitant un espace fermé avec la plaque supérieure 12, à l'intérieur même de la chambre supérieure de circulation d'air 13. L'extrémité supérieure des tubes 33 et 34 les plus proches du conduit 14 débouchent dans la chambre auxiliaire 38. L'air est donc amené à suivre un acheminement descendant dans ces mêmes tubes, jusqu'à déboucher, après avoir traversé la plaque inférieure 11, dans les deux « boîtes à fumée » 7B et 7C de volume relativement important, de manière à ralentir la vitesse de l'air/fumée, en vue de permettre le dépôt, par gravité des éléments les plus lourds (poussières) au fond desdites boîtes à fumée. Le vidage de la suie et des poussières desdites boites à fumée se fait par ouverture partielle du fond des boites en même temps que l'évacuation des cendres et mâchefer du foyer.
  • Ensuite, l'air poursuit son mouvement et débouche dans les tubes 32 et 35 les plus proches, pour arriver, dans leur mouvement ascendant, dans la chambre supérieure 13 de circulation, où l'air pénètre dans les tubes 31 et 36 les plus éloignés du conduit central 14, pour poursuivre un mouvement descendant et déboucher dans les chambres inférieures 7B' et 7C' en vue de permettre encore le dépôt par gravité des éléments les plus lourds (poussière). Le vidage s'effectue de même que pour 7B et 7C. Enfin, l'air est évacué de ces dernières en empruntant les conduits d'évacuation de fumées 8 et 8A par les ouvertures 28 et 28A respectives de ces derniers.
  • Tout au long de son cheminement ascendant dans le conduit central 14, et alternativement ascendant et descendant dans les tubes 31 à 36, l'air communique ses calories, sa chaleur ou son énergie, empruntée au foyer, aux parois des tubes, qui à leur tour communiquent cette chaleur à l'eau présente dans l'enceinte 6 traversée par les tubes et le conduit 14 central.
  • La figure 7 montre que le foyer est alimenté soit :
    • ■ par le conduit 29 et la vis d'Archimède 30, pour des combustibles solide en éléments distincts ;
    • ■ par le conduit 21 de combustible pulvérulent, tels que des graines. À noter que le conduit 21 présente un Venturi pour faciliter le cheminement des produits pulvérulents ;
    • ■ par le conduit 39 d'alimentation en combustibles fluide, tels que de l'huile HVP, du fioul ou équivalent.
  • Il est fait référence à la figure 9 montrant une vue schématique en coupe, dans un plan vertical, de la chaudière et notamment des moyens de circulation d'air et d'alimentation en air sous pression du foyer.
  • Il est prévu une source d'air sous la forme d'un ventilateur référencé 43, alimentant une chambre inférieure 7A où l'air est sous pression. Tout autre source d'air sous pression peut être utilisée.
  • L'air sous pression dans la chambre 7A de compression alimente comme indiqué sur la figure 9, les différents conduits d'alimentation en combustible, à savoir les combustibles solides (tourteaux), et combustibles pulvérulents (graines et céréales) et les combustibles liquides fossiles (fuel par exemple). Les références sur la figure 9 pour des éléments identiques ou similaires sont les mêmes que celles des figures 1 à 8.
  • Plus particulièrement, l'alimentation en air compressé ou pulsé, vise à remplir différentes fonctions, à savoir :
    • ■ refroidir la partie inférieure du foyer ;
    • ■ constituer le comburant de combustion des combustibles ;
    • ■ faciliter l'injection ou l'alimentation en combustible fluide (huile), en l'empêchant un retour de flamme vers l'injecteur d'alimentation ;
    • ■ de même, l'air pulsé au travers du conduit d'alimentation 29 de combustible solide (bois déchiquetés, tourteaux, etc.) permet d'éviter un retour de flamme dans ledit conduit, au niveau de la vis d'Archimède 30 ;
    • ■ l'air avant au niveau du foyer sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, facilite et provoque le mouvement, ascendant et descendant respectivement, de l'air dans le conduit central 14 et les tubes de circulation d'air ;
    • ■ assurer la régulation des températures de l'air réchauffé, contenant des fumées, dans les tubes de circulation d'air de l'enceinte 3 de l'échangeur de calories.
  • La figure 8 montre une vue en coupe dans un plan vertical de la chaudière.
  • On y voit le conduit principal central 14 autour duquel sont disposées de manière régulière (successivement, en s'éloignant du conduit 14)
    • un tube d'une première série, et référencés 40, débouchant dans la chambre auxiliaire 38 délimités par la coque 39 ;
    • - un tube d'une seconde série de tubes;
    • - un tube d'une troisième série de tubes.
  • Les premiers, second et troisième séries de tubes comportent respectivement entre quatre et dix tubes répartis, pour chaque série, uniformément autour du tube 14 de manière concentrique, la première série 40 étant la plus proche du conduit 14.
  • Les flèches montrent le mouvement de l'air au niveau des extrémités supérieures respectivement du conduit 14 et de chaque tube.
  • Les flèches montrent !e mouvement de l'air dans la chambre auxiliaire 38, sortant du conduit principal central 14, et suivant un mouvement descendant dans la première série de tubes 40. L'air arrive alors dans la chambre inférieure 7, débouchant de la première série de tubes 40, pour suivre un mouvement ascendant dans la seconde série de tubes 41.
  • L'air issu de la seconde série de tubes pénètre dans un mouvement descendant dans la troisième série de tubes 42.
  • Enfin, l'air issu de !a troisième série de tubes 42 se dirige vers les ouvertures d'évacuation 28 et 28A des conduits d'évacuation respectivement 8 et 8B.
  • Par ailleurs, le fonctionnement de la chaudière est facilité par un ensemble de commandes et de capteurs, non représentés, de la manière suivante. Un automate programmable est prévu, relié à :
    • un écran tactile ou tout autre moyen de commande ou de défilement de menu pour permettre à l'opérateur de vérifier, contrôler et commander la chaudière ;
    • un variateur permettant de modifier le débit d'un ventilateur relié aux moyens d'alimentation en air ;
    • au brûleur de combustible fossile, tel que du fuel ;
    • une commande d'arrivée de carburant placée à la base du conduit 14 et dans la partie supérieure du foyer 1 ;
    • une série de capteurs de température et autres et notamment :
      • * un capteur de température des fumées sortant des conduits d'évacuation 8 et 8a ;
      • * un capteur de température de l'eau en retour dans l'enceinte 6 d'échangeur de chaleur ;
      • * un capteur de température de l'eau au départ de la même enceinte,

Claims (11)

  1. Chaudière du type comportant un foyer (1), un conduit principal d'air (14, 19) vers le foyer (1), des moyens d'alimentation en combustibles de type liquides et/ou gazeux (20), pulvérulents (22) ou solides (29), vers ledit foyer (1), un échangeur de calories (3), entre l'air chauffé provenant du foyer (1) et un fluide caloporteur (6), notamment de l'eau, et une chambre de compression (7) constituant des moyens d'alimentation en air sous pression (39, 21, 30) du foyer (1), caractérisée en ce que le foyer (1) comporte :
    - un premier cylindre creux d'axe horizontal (18), dont une première extrémité est obturée et dans la seconde extrémité duquel débouche le brûleur de combustible liquide (20) ;
    - un second cylindre creux d'axe vertical (19) raccordé au premier cylindre horizontal (18), sensiblement aux tiers de la longueur de ce dernier, par des découpes et des flancs biseautés, et dans lequel débouchent d'une part le moyen d'alimentation en combustibles pulvérulents (22), d'autre part le moyen d'alimentation en combustible solide (29,30) constitué d'éléments individuels.
  2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que sur une partie de sa longueur, le cylindre creux horizontal (18) est évidé dans sa partie inférieure.
  3. Chaudière selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'il est prévu un creuset semi cylindrique (23), de dimension complémentaire au cylindre horizontal (18) du foyer (1), disposé en regard de la partie évidée inférieure de ce dernier, et pourvu d'ajourages.
  4. Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que le creuset semi cylindrique (23) est en un matériau différent de celui constituant le cylindre horizontal (18) du foyer (1).
  5. Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce que le creuset (23) est mobile en translation, suivant l'axe du foyer cylindrique horizontal.
  6. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite chambre de compression (7) située autour du foyer (1), au niveau dudit cylindre creux (18), est reliée en amont à une source d'air sous pression et en aval aux moyens d'alimentation en combustibles (20, 22, 29) par les moyens d'alimentation en air (respectivement 39, 21 et 30), de manière à assurer une alimentation optimale de l'air chauffé par le foyer (1) dans l'échangeur de calories (3), et empêcher un retour de flamme au niveau des moyens d'alimentation en combustibles (20, 22, 29).
  7. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation en combustibles comportent l'un des moyens suivants ou toute combinaison de ces derniers:
    - un brûleur de combustible liquide (20), tels que l'huile, par exemple une huile végétale du type HVP, conçu de manière à diriger la flamme de combustion selon une direction comprise entre l'horizontale et une direction faisant un angle de 35 degrés, de préférence de l'ordre de 20 degrés, inclinée vers le foyer,
    - un moyen d'alimentation en combustibles pulvérulents (22), tels que des céréales ou équivalent, sous la forme d'un conduit incliné entre 20 et 45 degrés, de préférence selon un angle d'environ 35 degrés, débouchant à une distance comprise entre 10 cm et 35 cm au-dessus du foyer, relié optionnellement à un Venturi,
    - un moyen d'alimentation en combustibles solides formés d'éléments individuels (29), tels que du bois déchiqueté, des tourteaux et/ou des branchage, sous la forme d'un conduit débouchant à une distance comprise entre 25 cm et 40 cm au-dessus du foyer, optionnellement avantageusement pourvu d'une vis d'Archimède (30).
  8. Chaudière selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'échangeur de calories (3) comporte une enceinte (6) remplie de fluide caloporteur, tel que de l'eau, de forme de préférence parallélépipédique ou cubique, à l'intérieur de laquelle est disposé un circuit de circulation étanche d'air chauffé par le foyer (14, 15, 16, 17), et reliée à une arrivée d'eau froide, et une sortie d'eau chaude chauffée par les calories provenant de l'air chauffé par le foyer (1).
  9. Chaudière selon la revendication 8, caractérisée en ce que le circuit de circulation d'air chaud comporte une série de tubes verticaux (14, 15, 16, 17) reliés entre eux de manière à créer une circulation d'air chaud depuis le foyer (1), vers une sortie d'évacuation des fumées de l'air refroidi (8A, 8B) suite au transfert de calories de l'air chauffé, vers le fluide caloporteur.
  10. Chaudière selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que l'enceinte (6) remplie d'eau comporte des parois latérales (10), une plaque supérieure (12) et une plaque inférieure (11) reliées l'une à l'autre par des entretoises. L'échangeur de chaleur (3) comporte en outre deux chambres fermées inférieure (7B', 7C') et supérieures (13, 39), de part et d'autre respectivement des plaques inférieure (11) et supérieure (12), et reliées à ladite série de tubes (14,15,16,17).
  11. Chaudière selon la revendication 9, caractérisée en ce que la série de tubes verticaux de circulation d'air comporte :
    ■ un tube principal (14) de diamètre sensiblement équivalent au cylindre vertical du foyer (19) et à l'aplomb de celui-ci, et assurant une circulation ascendante de l'air provenant du foyer, vers la chambre supérieure ;
    ■ un premier jeu de tubes (15), par exemple quatre, répartis autour du tube principal (14), et assurant une circulation descendante de l'air de la chambre supérieure (39) vers la chambre inférieure (7B', 7C') ;
    ■ un second jeu de tubes (16), par exemple au nombre de six, assurant une circulation ascendante de l'air ;
    ■ Un troisième jeu de tubes (17), par exemple au nombre de dix, assurant une circulation descendante de l'air, et relié en partie basse à au moins un conduit d'évacuation des fumées (8A, 8B) et de l'air refroidi.
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