FR2517413A1 - Generateur de chaleur fonctionnant avec un combustible particulaire - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES GENERATEURS DE CHALEUR FONCTIONNANT AVEC UN COMBUSTIBLE PARTICULAIRE. SELON L'INVENTION, LE FOYERF SE CARACTERISE EN CE QU'IL COMPORTE AU MOINS UN, MAIS PREFERENTIELLEMENT TROIS CONDUITSC D'AMENEE D'AIR SECONDAIRE, ORIENTES DE MANIERE QUE LES FLUX D'AIR SECONDAIRE QU'ILS DELIVRENT DANS LE FOYERF SOIENT SENSIBLEMENT TANGENTS A LA PAROI INTERIEURE10 DE CELUI-CI ET CE, SENSIBLEMENT AU NIVEAU D'UNE GRILLE15 FORMANT LE FOND DU FOYER, TANDIS QU'UN PEIGNE TOURNANT23 EST APTE A REPARTIR LE COMBUSTIBLE DELIVRE SUR LA SURFACE DE LA GRILLE, ET A EVACUER LES CENDRES DANS UN CENDRIER A TRAVERS DES LUMIERES ALLONGEES17 MENAGEES DANS LADITE GRILLE. APPLICATION AUX INSTALLATIONS INDIVIDUELLES DE CHAUFFAGE CENTRAL.

Description

La présente invention a pour objet un générateur de chaleur fonctionnant avec un combustible particulaire tel que granulats de paille, sciures, composés de bois et analogue.

A ce jour, on connaît des générateurs de chaleur aptes à brûler des combustibles particulaires mais les générateurs connus présentent une structure telle que la puissance calo rifique obtenue est élevée, de l'ordre de 500 000 calories/ heure, ce qui convient bien pour certaines installations, telles que le chauffage d'immeubles ou de groupes d'immeubles d'habitation, mais ne convient pas pour de petites installations de chauffage central, par exemple les installations particulières, dans lesquelles la puissance calorifique requise n'a rien de comparable avec celle mentionnée ci-dessus
Dans les générateurs de chaleur connus, l'alimentation du foyer en combustible particulaire ei la combustion de ce dernier, ne posent pas de problèmes particuliers, notamment du fait que la structure du foyer, en particulier son volume; est adapté à assurer une bonne combustion des produits en cause, en sorte que le rendement calorifique peut entre considéré comme satisfaisant. S'agissant de réaliser des générateurs de chaleur fonctionnant avec un combustible particulaire ayant une puissance calorifique nettement moindre, on s'est, jusqu' à maintenant, heurté à des problèmes de structure du foyer, en ce sens que la réduction à l'échelle d'un foyer donnant une grande puissance calorifique, telle qu'indiquée ci-dessus, s'est avérée inefficace en particulier du fait que la combus- ticn dans le foyer, de combustibles particulaires laissait à désirer.

En pratique donc, la simple réduction à l'échelle des dimensions d'un générateur de chaleur capable d'une grande puissance calorifique pour constituer un générateur de chaleur de moindre puissance, n'est pas une condition suffisante pour réaliser un générateur de chaleur fonctionnant convenablement.

Les demandeurs, compte tenu des considérations succinctement énoncées dans ce qui précède, et afin de résoudre le problême posé jusqu'ici, proposent un générateur de chaleur de réalisation simple, et dont la structure assure une parfaite combustion de combustibles particulaires tout en délivrant une puissance calorifique considérablement réduite par rapport à la technique antérieure, permettant ainsi d'élargir de façon notable l'utilisation de quelconques combustibles particulaires.

Un générateur de chaleur selon l'invention du genre comprenant : un foyer avec une grille formant fond de foyer, et des moyens aptes à distribuer un combustible particulaire, au moins une arrivée d'air primaire et secondaire pour la combustion, se caractérise essentiellement par le fait que la paroi du foyer, ayant une forme circulaire, comporte sensiblement au niveau de la grille, au moins un conduit d'amenée d'air secondaire dont au moins une partie terminale est adaptée à orienter le flux d'air secondaire tangentiellement à la paroi intérieure dudit foyer.

En association avec la disposition d'arrivée d'air secondaire telle que ci-dessus, l'invention prévoit, selon une autre caractéristique de l'invention, des moyens propres à assurer le transfert, à l'intérieur du foyer, d'une quantité dosée de combustiblesparticulaires en combinaison avec un peigne tournant apte à effectuer, d'une part, une action de brassage en sorte que le produit distribué est réparti sur la grille, favorisant ainsi la combustion, et, d'autre part, à évacuer les cendres et autres déchets par passage de ceux-ci à travers la grille.

Suivant une forme d'exécution préférée, un générateur de chaleur suivant l'invention comprend trois admissions d' air secondaire telles que ci-dessus, régulièrement espacées sur la périphérie intérieure de la paroi du foyer, et ce, à un m8me niveau au voisinage immédiat de la face supérieure de la grille formant le fond du foyer.

Une telle disposition des arrivées d'air secondaireà 1' intérieur du foyer impriment aux flammes de gazéification un mouvement sensiblement hélicoïdal ascendant prenant naissance immédiatement au voisinage de la surface supérieure de la grille, en sorte qu'elles lèchent la paroi en matériau réfractaire du foyer, avant d'étire aspirées par une cheminée d' évacuation munie d'un extracteur connu en soi mettant le foyer en dépression, ledit extracteur étant disposé en aval d'un échangeur de chaleur avantageusement tubulaire, lui-mEme en communication avec une installation de chauffage central.

La paroi du foyer étant prévue en un matériau réfractaire pyrolisant, il se trouve que les imbrûlés véhiculés par la flamme, sont détruits au contact avec-la paroi du foyer en sorte que celle-ci ntest pas sujette à encrassement.

Le peigne tournant précité assure essentiellement trois fonctions, une première étant de répartir uniformément sur le fond du foyer, en l'occurrence la grille, le combustible particulaire admis dans le foyer, une seconde d'effectuer, en tournant, un brassage du produit combustible en cours de combustion, et un troisième d'évacuer, à travers des passages ménagés dans la grille, les déchets non brtlés.

L'association des moyens énoncés ci-dessus, amenées d' air secondaire tangentiel a l'intérieur du foyer, brassage du produit en cours de combustion, enseinte du foyer sous 1' effet d'une dépression, permet de réaliser un foyer compact de dimensions réduites, capable de briller dans de bonnes conditions les produits énoncés ci-dessus, lesquels jusqu'ici, étaient réservés aux générateurs de chaleur ayant une grande puissance calorifique. Un générateur selon l'invention peut donc titre couplé à un échangeur de chaleur, lui-mEme raccordé à une installation de chauffage central en rapport avec la puissance du générateur ainsi réalisé.

Bien entendu, dans ce qui précède, on a précisé que la puissance recherchée d'un générateur selon l'invention était voisine de 30000 caloriesXheure, mais on comprendra que cette puissance étant maximale, le générateur sera équipé de moyens propres à permettre un réglage de la puissance en fonction des besoins.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels
la figure 1 est une vue schématique en élévation, avec partie en coupe, d'un générateur de chaleur selon la présente invention, cette vue montrant en particulier le foyer;;
la figure 2 est une vue à plus petite échelle, du générateur de chaleur selon l'invention, équipé de moyens propres à l'admission d'un combustible particulaire dans le foyer, de moyens propres à entratner en rotation le peigne tournant, et d'un échangeur de chaleur destiné à etre raccordé à une installation de chauffage central non représentée'ici
la figure 3 est une vue partielle en perspective montrant l'intérieur du foyer, avec notamment la grille, le peigne tournant, les amenées d'air secondaire et,
la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 1.

Suivant la forme de réalisation choisie et représentée aux figures, un générateur de chaleur selon l'invention, comprend (voir en particulier à la figure 1) un foyer F réalisé en matériau réfractaire avec un axe s'étendant verticalement; ce foyer est constitué par une paroi 10, cylindrique de révolution, qui, dans sa partie supérieure, est obturée par un dessus 11, de forte épaisseur, en tout cas plus épaisse que la paroi cylindrique 10, laquelle par son bord inférieur 12 repose sur un socle creux approprié 13.

Une grille circulaire 15, de diamètre égal ou légèrement inférieur au diamètre intérieur de la paroi 10, forme le fond du foyer, elle est supportée par de quelconques moyens connus en soi 16 eux-memes fixés au socle, en sorte que la grille peut etre extraite du foyer, par exemple pour son remplacement.

La grille en cause 15 qui présente donc la forme d'un disque comporte une pluralité de lumières allongées 17 (voir en particulier figures 3 et 4) débouchant sur chacune de ses faces; les lumières précitées sont régulièrement espacées et inclinées toutes dans le meme sens sur la'direction radiale.

En son centre, la grille 15 comporte un trou 20, sur sa face inférieure, elle porte des moyens de guidage 21, formant palier à un arbre 22, dont une partie terminale, saillante dans le foyer, porte un peigne indiqué dans son ensemble par 23. Le peigne précité est en pratique constitué par un bras radial 23A dont l'extrémité libre est voisine de la paroi intérieure du foyer F en sorte de permettre la rotation de ce peigne ; sur sa face en vis-à-vis de la grille, le peigne comporte une série de dents 23B, avantageusement verticales et régulièrement espacées. Dans l'exemple représenté les dents précitées sont au nombre de quatre et ont leurs extrémités libres à petite distance de la face supérieure de la grille 15.

En partie supérieure du foyer, il est prévu, traversant le dessus 11, un conduit d'amenée 30 de combustibles particulaires ainsi qu'une cheminée axiale 31 propre à l'évacuation des fumées, une sonde 32 indiquant la température du matériau réfractaire lors de la mise en marche du foyer est aussi avantageusement prévue logée dans le dessus 11.

La paroi verticale du foyer porte un bruleur connu en soi 33, disposé sensiblement à mi -hauteur; ce brflleur à son axe incliné par rapport à l'horizontale, de manière que la flamme soit dirigée vers la base du foyer, c'est-à-dire la grille 15, et ce, sensiblement dans une zone centrale de celle-ci.

L'admission d'air primaire à l'intérieur du foyer F est effectuée à travers la grille grace à une trappe 35 (figure 2) réglable de façon usuelle en ouverture-fermeture, laquelle est prévue en partie inférieure du socle, tandis que l'admission d'air secondaire dans ledit foyer F est obtenue, selon une caractéristiue/CdePenvention, au moyen d'au moins un conduit mettant le foyer F en communication avec l'extérieur.

Dans l'exemple de réalisation choisi, et illustré aux figures, l'air secondaire est admis dans le foyer F au moyen de trois conduits C régulièrement répartis sur sa périphérie; chaque conduit C comprend une gaine 40 rapportée sur la face extérieure du foyer F et un passage 40A ménagé dans la paroi du foyer F. Le passage 40A, qui constitue la partie terminale du conduit C est orienté de manière que le flux d'air secondaire admis dans le foyer F soit sensiblement tangent à la paroi intérieure de celui-ci.

Dans l'exemple de réalisation représenté la gaine 40 et le passage 40A sont dans le prolongement l'un de l'autre afin de bien canaliser le flux'air secondaire, mais on conçoit que seule la partie terminale 40A pourrait Autre orientée comme ci-dessus, tandis que la gaine 40 pourrait former un coude avec le passage 40A.

Une grille 41 (figures 3 et 4 en particulier) avec fentes 42 est placée devant chaque orifice formé dans la paroi intérieure du foyer F par les passages 40A, chaque grille est encastrée dans un logement prévu à cet effet dans la paroi du foyer de manière à nitre pas saillante. Les orifices en question, constituant en fait l'extrémité des passages 40A s'étendent sur une certaine hauteur dans le foyer F en ayant leurs parties basses respectives au niveau de la face supérieure de la grille de fond de foyer 15, d'ot l'utilité des grilles précitées 41 qui empêchent les particules de combus tiblesd'tEre refoulées à l'intérieur des conduits C, lors de la rotation du peigne 23.

Le foyer F, est aussi sur l'extérieur, revêtu d'une couche de matériau isolant thermique 48 afin d'éviter les déperditions de chaleur, et maintenir le matériau réfractaire à température élevée.

Le foyer F ci-dessus est alimenté en combustible particulaire au moyen d'un appareillage qui, dans l'exemple représenté (figure 2), est constitué par une trémie de stockage 50 dont la base débouche sur une vis transporteuse 51 tournante à l'intérieur d'un conduit 30A prolongeant le conduit d'amenée 30 précité.

La vis transporteuse 51 est, en vue de son entraînement en rotation, couplée à un moteur 52, et l'ensemble moteur 52, trémie 50, conduits 30,30A, vis transporteuse 51, est soutenu par une console 53.

Le moteur 52 entraînant la vis transporteuse est couplé de manière avantageuse au peigne tournant 23. A cet effet, sur l'arbre de sortie du moteur est calé un pignon 55 qui, par 1' intermédiaire d'une transmission 56, (par exemple à chaîne) est relié à un pignon 57 calé sur un arbre horizontal 58, lui-meme connecté, par renvoi d'angles 59, 60, avec l'arbre 22 portant le peigne 23 déjà cité. L'arbre 58 est convenablement supporté au moyen de consoles ou autres 61, tandis que le renvoi d'angle est logé en partie inférieure du socle, et séparé de la grille 15 formant le fond du foyer, par une cloison 61.

Bien entendu des moyens, connus en soi, sont associés au moteur afin d'entraîner la vis transporteuse 51 à une vitesse donnée permettant une alimentation correcte du produit combustible solide à l'intérieur du foyer, en fonction de 1' admission d'air primaire.

Les fumées sont évacuées par la cheminée axiale précitée 31, laquelle est en communication avec un échangeur de chaleur 70 de structure quelconque, mais préférentiellement en épingle ; l'échangeur de chaleur en question ne faisant pas partie de la présente invention ne sera pas décrit en détail, il sera simplement noté qu'il est raccordé à une installation de chauffage central, connue en soi, non représentée ici.

Après passage dans l'échangeur, les fumées sont dirigées vers une évacuation 71, laquelle est munie d'un extracteur 72 apte à placer le foyer F en dépression, et, partant, à aspirer les gaz chauds au travers de l'échangeur précité.

La mise à feu du combustible particulaire amené dans le foyer F est, lors de la mise en marche du générateur, effectuée par le bradeur auxiliaire 33, avec mise en marche simultanée de l'extracteur 72 et du moteur 52, assurant ainsi 1' alimentation du foyer en combustible particulaire et la mise en rotation du peigne tournant 23.

Lorsque la paroi en matériau réfractaire a atteint un degré de température convenable de l'ordre de 400 indiquée par la sonde 32, le bradeur auxiliaire 33 peut entre stoppé.

La combustion s'effectue alors normalement sous les effets combinés de l'arrivée d'air primaire 35 réglant la puissance, des amenées d'air secondaire 40A, du peigne tournant 23 et de l'extracteur 72, lesquels assurent une bonne combustion à l'intérieur du foyer F.

On observera que l'air secondaire est admis à l'intérieur du foyer avec une certaine vitesse, notamment du fait que le foyer est mis en dépression, étant donné que le flux d'air secondaire est introduit tangentiellement à la paroi intérieure du foyer, et ce, en trois emplacements, l'air secondaire, par effet centrifuge, dirige la flamme contre la paroi 10 en matériau réfractaire du foyer F, pour ensuite suivre un parcours ascendant sensiblement hélicoidal jusqu'à la cheminée d'évacuation. Etant donné cette disposition, le foyer F, est amené à un degré de température permettant de détruire toutes les im puretés en sorte que la paroi du foyer reste propre.

On notera que conjointement à ce qui précède l'orientation des lumières allongées 17 ménagées dans la grille 15 de fond du foyer assurent, en combinaison avec le peigne tournant 23 l'évacuation des cendres ainsi que des résidus de combustion, cendres et résidus étant évacués à travers les lumières dans un cendrier 75 prévu à cet effet à l'intérieur du socle.

Outre l'évacuation des cendres provenant de la combustion, la disposition ci-dessus permet aussi d'évacuer des résidus tels que machefer provenant de certains combustibles; en effet, la rotation du peigne tournant 23 et l'orientation donnée aux fentes 17, conduisent, en combinaison, à un cisaillement progressif de tels résidus qui peuvent ainsi étre dirigés dans le cendrier à travers les fentes, suite à une réduction de volume.

Un foyer tel que décrit ci-dessus se prête à la réalisation de générateurs de chaleur compacts avec des puissances calorifiques moyennes, et en toutcas à l'obtention de puissances calorifiques maximales de l'ordre de 30.000 calories/heure, qui peuvent être modulées selon les besoins sans que la combustion des produits en cause se trouve perturbée, notamment du fait de la combinaison des moyens mis en oeuvre tels que mentionnés dans ce qui précède.

Ainsi l'utilisation des produits en question qui était, jusqu'S ce jour, limitée à des générateurs de chaleur de grande puissance calorifique, se trouve donc étendue à des générateurs de chaleur de puissance calorifique nettement moindre, ouvrant par là meme la possibilité d'utiliser de tels générateurs pour une installation de chauffage central du genre de celle équipant les maisons d'habitation individuelles.

On notera de plus, qu'après divers essais, les demandeurs ont observé que les dimensions du foyer F, en vue de l'obtention d'une puissance calorifique de l'ordre de 30.000 calories/ heure, peuvent entre sensiblement voisines de 40 centimètres en hauteur avec un diamètre de 50 centimètres.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation choisi et représenté, lequel pourrait au contraire faire l'objet de modifications sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi que l'amenée du com bustible solide à l'intérieur du foyer F pourrait être constituée -à la place d'une vis transporteuse- par un tiroir de distribution monté coulissant entre deux positions, l'une desdites positions permettant son remplissage, et l'autre position son déchargement et l'évacuation de combustible à l'intérieur du foyer.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Générateur de chaleur comprenant une enceinte formant foyer avec une grille formant fond de foyer, et des moyens aptes à distribuer un combustible particulaire au moins une amenée d'air primaire, au moins une amenée d'air secondaire, ainsi que des moyens propres à l'évacuation des fumées, ca ractéris n ce que le foyer (F) ayant une paroi intérieure cylindrique de révolution comporte au moins un conduit d'amenée d'air secondaire (C) dont au moins un tronçon terminal (40A) est orienté en sorte que le flux d'air débouche sensiblement tangentiellement à ladite paroi intérieure, et en ce que, en association, ie foyer (F) comporte des moyens (23) aptes à effectuer le brassage du produit en combustion, à répandre le combustible délivré, et à évacuer les cendres.

2. Générateur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le foyer (F) comporte trois conduits (C) d'amenée d'air secondaire régulièrement espacés et de meme direction.

3. Générateur de chaleur suivant 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conduits (C) d'amenée d'air secondaire sont tous sur un meme niveau.

4. Générateur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conduits (C) d'amenée d'air secondaire sont situés au voisinage immédiat de la face supérieure d'une grille (15) formant fond de foyer.

5. Générateur de chaleur suivant 1 'une quiconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une grille (41) est placée devant chaque orifice des tronçons terminaux (40A) d'amenée d'air secondaire en épousant le profil de la paroi intérieure du foyer (F).

6. Générateur de chaleur suivant la revendication 5, ca ractérise en ce que les grilles (41) sont encastrées dans un logement prévu à cet effet dans la paroi intérieure du foyer F.

7. Générateur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens propres à assurer un brassage du produit de combustion, à répartir le combustible délivré,à évacuer les cendres,sont constitués par un peigne tournant (23) surplombant la face supérieure de la grille (15) de fond du foyer.

8. Générateur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 7, caractérisé en ce que le peigne tournant (23) est constitué par une barre radiale (23A) montée en bout d'un arbre vertical rotatif (22), et de longueur sensiblement égale au rayon du foyer F, ladite barre (23A) étant équipée de dents (23B) disposées en vis-à-vis de la face supérieure de la grille (15).

9. Générateur de chaleur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les dents (23B) sont régulièrement espaces et elles ont leurs extrémités libres respectives à distance de la grille (15).

10. Générateur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grille (15) comporte une pluralité d'ouvertures allongées (17) orientées obliquement par rapport à une direction rayonnante.

11. Générateur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les flux d' air secondaire admis dans le foyer (F) par les conduits (C) précités et la rotation du peigne (23), ont une même direction de cheminement, en l'espèce le sens de rotation des aiguilles d'une montre, tandis que l'orientation des fentes allongées (17) ménagées dans la grille (15) est contraire à ladite direction de cheminement, afin d'exercer un effet de cisaillement.

12. Générateur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le peigne tournant (23) est couplé, par transmission (55 à 60), à un moteur d'entraînement (52), lui-meme adapté à entraîner une vis transporteuse (51) en communication avec une trémie (50) de stockage de combustible particulaire.

13. Générateur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le foyer (F) comporte une cheminée axiale (31) propre à l'évacuation des fumées, laquelle, est en communication avec un échangeur (70) raccordé à une installation de chauffage central, tandis qu'un extracteur (72) disposé en aval de l'échangeur est adapté à mettre le foyer (F) en dépression.