FR2583858A1 - High-efficiency solid fuel boiler - Google Patents

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Abstract

Boiler, especially for central heating, essentially using wood as a fuel. According to the invention, the boiler comprises a heat exchanger 13 filled with water and comprising a double-walled enclosure 28 surmounting a combustion chamber 12 and a smoke circulation arrangement is defined inside this enclosure so as to cool this smoke before rejecting it, and so as to increase the efficiency.

Description

CHAUDIERE A COMBUSTIBLE SOLIDE A HAUT RENDEMENT
L'invention se rapporte à une chaudière à combustible solide à haut rendement; elle concerne plus particulièrement la structure de 1' échangeur de chaleur, permettant d'atteindre ce haut rendement et présentant l'avantage supplementaire de ne nécessiter qu un faible entretien.HIGH EFFICIENCY SOLID FUEL BOILER
The invention relates to a high efficiency solid fuel boiler; it relates more particularly to the structure of the heat exchanger, making it possible to achieve this high efficiency and having the additional advantage of requiring only low maintenance.

On connaît une chaudière à combustible solide, principalement à bois, charbon de bois et/ou charbon, utilisable notamment dans une installation de chauffage central et dont le foyer est suffisamment vaste pour accueillir une quantité importante de combustible solide et garantir ainsi une autonomie de fonctionnement suffisante et conçue pour maintenir dans le foyer une température suffisamment élevée, permettant d'éviter la formation et le dépôt de résidus goudronneux (problème particulièrement important lorsqu'il s'agit du chauffage au bois) qui pourraient provoquer ltencrassement et l'obturation des conduits et être une cause de pollution. There is known a solid fuel boiler, mainly wood, charcoal and / or charcoal, usable in particular in a central heating installation and whose hearth is large enough to accommodate a large amount of solid fuel and thus guarantee operating autonomy sufficient and designed to maintain a sufficiently high temperature in the hearth, avoiding the formation and deposit of tarry residues (a particularly important problem in the case of heating with wood) which could cause clogging and blockage of the ducts and be a cause of pollution.

Une telle chaudière, qui est par exemple décrite dans la demande de brevet européen nO O 062 573 déposée au nom du Demandeur, comporte essentiellement une chambre de combustion en briques réfractaires empilées, susceptible de maintenir une combustion à haute température. Cette chambre de combustion est associée à un échangeur de chaleur dans lequel circule un fluide caloporteur (de l'eau dans la majorité des cas) dont la mise en circulation permet d'alimenter les radiateurs d'un réseau de chauffage central.Such a boiler, which is for example described in European patent application No. 0 062 573 filed in the name of the Applicant, essentially comprises a combustion chamber made of stacked refractory bricks, capable of maintaining combustion at high temperature. This combustion chamber is associated with a heat exchanger in which a heat transfer fluid (water in most cases) circulates, the circulation of which makes it possible to supply the radiators of a central heating network.

L'invention concerne un nouveau type d'échangeur particulièrement bien adapté (mais non exclusivement) à ce type de chambre de combustion. The invention relates to a new type of exchanger which is particularly well suited (but not exclusively) to this type of combustion chamber.

L'un des objectifs de l'invention est donc de proposer une chaudière à combustible solide à combustion propre et à haut rendement, c'est-à-dire notamment conçue pour rejeter les fumées à relativement basse température.One of the objectives of the invention is therefore to provide a solid fuel boiler with clean combustion and high efficiency, that is to say in particular designed to reject fumes at relatively low temperature.

Un autre objectif de l'invention est de proposer une telle chaudière à température de fonctionnement élevée, pour éviter la condensation et la formation de résidus goudronneux. Another object of the invention is to provide such a boiler with a high operating temperature, to avoid condensation and the formation of tarry residues.

Un autre objectif de l'invention est de proposer une chaudière à faible consommation de combustible solide et à combustion lente, produisant peu de cendres. Another object of the invention is to provide a boiler with low consumption of solid fuel and slow combustion, producing little ash.

Dans cet esprit, l'invention concerne une chaudière à combustible solide, notamment pour bois, charbon de bois et/ou charbon, du type comportant une chambre de combustion et un échangeur de chaleur en contact thermique avec ladite chambre de combustion et dans lequel un fluide caloporteur tel que l'eau est susceptible de circuler pour être réchauffé, caractérisée en ce que ledit échangeur comporte une enceinte à double paroi surmontant ladite chambre de combustion et communiquant avec elle par une ouverture, ledit fluide caloporteur remplissant l'espace de double paroi, en ce qu'un agencement de circulation de fumée est défini dans ladite enceinte, et en ce que cet agencement comporte une enveloppe de tôle disposée au voisinage de la paroi interne de ladite enceinte. In this spirit, the invention relates to a solid fuel boiler, in particular for wood, charcoal and / or coal, of the type comprising a combustion chamber and a heat exchanger in thermal contact with said combustion chamber and in which a heat transfer fluid such as water is likely to circulate to be heated, characterized in that said exchanger comprises a double-walled enclosure surmounting said combustion chamber and communicating with it through an opening, said heat-transfer fluid filling the double-walled space , in that a smoke circulation arrangement is defined in said enclosure, and in that this arrangement comprises a sheet metal envelope disposed in the vicinity of the internal wall of said enclosure.

Ainsi, l'enveloppe de tôle qui jouxte la paroi interne de l'en- ceinte précitée permet d'isoler cette dernière (refroidie par le fluide caloporteur) du circuit de circulation des fumées et donc de mieux contrôler l'échange de chaleur en évitant une chute trop brutale de température dans la première partie de ce circuit. Thus, the sheet metal envelope which adjoins the internal wall of the aforementioned enclosure makes it possible to isolate the latter (cooled by the coolant) from the smoke circulation circuit and therefore to better control the heat exchange by avoiding too sudden a drop in temperature in the first part of this circuit.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'une chaudière conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en coupe et en élévation de la chaudière conforme à l'invention;
- la figure 2 est une coupe II-II de la figure 1;
- la figure 3 est une coupe III-III de la figure 1; et
- la figure 4 est une coupe IV-IV de la figure 1.The invention will be better understood and other advantages thereof will appear more clearly in the light of the following description of a boiler conforming to its principle, given solely by way of example and made with reference to the accompanying drawings. , wherein
- Figure 1 is a schematic sectional view in elevation of the boiler according to the invention;
- Figure 2 is a section II-II of Figure 1;
- Figure 3 is a section III-III of Figure 1; and
- Figure 4 is a section IV-IV of Figure 1.

En se reportant aux dessins, la chaudière 11 représentée comporte une chambre de combustion 12 à sa partie inférieure et un échangeur de chaleur 13 en contact thermique avec la chambre de combustion et dont la plus grande partie surmonte ladite chambre de combustion. De façon connue, au moins trois parois verticales de la chambre de combustion comportent un matelassage de briques réfractaires 15 simplement empilées les unes sur les autres et ce matelas sage est consolidé par un système de maintien comprenant, dans l'exemple décrit, une pluralité de tôles 17 sensiblement verticales, agencées de proche en proche entre des parties du matelas sage de briques réfractaires. Ces tôles 17 sont soudées à des tubes verticaux 18 appartenant à l'échangeur 13.Elles sont ainsi suffisamment refroidies pour ne pas se déformer sous I'effet de la chaleur et elles facilitent aussi le transfert de chaleur vers ledit échangeur. Les tubes 18 sont raccordés à leurs extrémités inférieures à un cadre tubulaire commun 16. Une grille 19 est disposée de façon inclinée à la partie inférieure de la chambre de combustion pour supporter le combustible solide; cette grille délimite ainsi un espace inférieur 20 où s'accumulent les cendres. La paroi avant de la chaudière comporte un portillon 21 pour l'introduction du combustible et un portillon 22 pour l'évacuation des cendres et le nettoyage de l'espace inférieur 20. Le matelassage de briques réfractaires est adossé à une enveloppe 23. L'isolation thermique est renforcée par un matelassage de laine de verre 24 disposé à l'extérieur de la chambre de combustion et de l'échangeur.Ce dernier est rempli d'eau qui alimente un circuit de chauffage central (non représenté). Le conduit de départ d'eau chaude 25 est situé à la partie supérieure de l'échangeur. Referring to the drawings, the boiler 11 shown has a combustion chamber 12 at its lower part and a heat exchanger 13 in thermal contact with the combustion chamber and most of which surmounts said combustion chamber. In known manner, at least three vertical walls of the combustion chamber comprise a quilting of refractory bricks 15 simply stacked on each other and this wise mattress is consolidated by a support system comprising, in the example described, a plurality of substantially vertical sheets 17, arranged step by step between parts of the wise mattress of refractory bricks. These sheets 17 are welded to vertical tubes 18 belonging to the exchanger 13. They are thus sufficiently cooled so as not to deform under the effect of heat and they also facilitate the transfer of heat to said exchanger. The tubes 18 are connected at their lower ends to a common tubular frame 16. A grid 19 is disposed in an inclined manner at the lower part of the combustion chamber to support the solid fuel; this grid thus defines a lower space 20 where the ashes accumulate. The front wall of the boiler has a door 21 for the introduction of fuel and a door 22 for evacuating the ashes and cleaning the lower space 20. The quilting of refractory bricks is backed by a casing 23. The thermal insulation is reinforced by a quilting of glass wool 24 placed outside the combustion chamber and the exchanger. The latter is filled with water which feeds a central heating circuit (not shown). The hot water outlet pipe 25 is located at the top of the exchanger.

Selon une particularité importante de l'invention, l'échangeur de chaleur 13 comporte une enceinte à double paroi 28 surmontant la chambre de combustion 12 et communiquant avec elle par une ouverture 29. En outre, un agencement de circulation des gaz chauds et fumées 30 est défini dans l'enceinte 28 et cet agencement comporte une enveloppe de tôle 31 disposée au voisinage de la paroi interne de l'enceinte 28. L'espace de double paroi de l'enceinte 28 est bien entendu rempli d'eau du circuit de chauffage. According to an important feature of the invention, the heat exchanger 13 comprises a double-walled enclosure 28 surmounting the combustion chamber 12 and communicating with it through an opening 29. In addition, an arrangement for circulation of hot and smoke gases 30 is defined in the enclosure 28 and this arrangement comprises a sheet metal envelope 31 disposed in the vicinity of the internal wall of the enclosure 28. The double wall space of the enclosure 28 is of course filled with water from the circuit of heater.

Dans l'exemple décrit, cette enceinte a une forme cylindrique tubulaire et l'enveloppe 31, également cylindrique, jouxte la paroi interne de l'encein- te 28. Cette enveloppe 31 est réalisée dans une tôle relativement mince, de l'ordre du millimètre, rendue pratiquement auto-nettoyante par son agencement ainsi que sa température de fonctionnement, pour jouer le rôle de tôle sèche, portée à relativement haute température par les gaz chauds et fumées, tout en évitant un refroidissement trop rapide de ces gaz et fumées dans la première partie dudit agencement de circulation. Bien entendu, l'enveloppe 31 comporte une ouverture 29a en regard de l'ouverture 29.In the example described, this enclosure has a tubular cylindrical shape and the envelope 31, also cylindrical, adjoins the internal wall of the enclosure 28. This envelope 31 is made of a relatively thin sheet, of the order of millimeter, made practically self-cleaning by its arrangement as well as its operating temperature, to play the role of dry sheet, brought to relatively high temperature by hot and smoked gases, while avoiding too rapid cooling of these gases and fumes in the first part of said circulation arrangement. Of course, the envelope 31 has an opening 29a opposite the opening 29.

L'agencement de circulation de gaz chauds et fumées comporte en outre un caisson 35 situé à l'intérieur de l'enveloppe 31 et dont l'espace interne communique avec un conduit d'évacuation de fumées 32. Le caisson 35 est assez volumineux pour définir un espace d'écoulement 36, tubulaire, entre sa paroi externe et l'enveloppe 31. La paroi de ce caisson comporte des orifices 37 situés à l'opposé de l'ouverture 29. Le caisson est con'situé d'une tôle relativement épaisse (de l'ordre de 6 mm), également rendue auto-nettoyante. Il comporte en outre un renfoncement 38 formant cavité largement ouverte en regard de l'ouverture 29, de façon à rabattre les fumées à leur sortie de la chambre de combustion et les diriger vers l'espace d'écoulement 36. Le trajet des fumées est symbolisé par des volutes fléchées sur la figure 1. Le caisson comporte un clapet d'allumage 39, disposé pour établir un passage direct entre l'ouverture 29 et le conduit d'évacuation des fumées 32. Dans l'exemple décrit, le clapet 39 est logé dans le renfoncement 38. Il est destiné à établir une évacuation directe des fumées vers le conduit 32, seulement à l'allumage de la chaudière. Les tubes 18 sont raccordés à la partie inférieure de l'enceinte 28 et communiquent avec son espace de double paroi; il en est de même du conduit de retour d'eau 40. Ainsi, on peut maintenir la température de la chambre de combustion 12 à une valeur relativement élevée, le refroidissement dû aux tubes 18 étant plus faible. La combustion est donc à la fois complète, propre et lente. Elle produit peu de cendres et aucun résidu goudronneux. En revanche,le transfert de chaleur vers l'échangeur dans l'enceinte 28 est très efficace, de sorte que la température de sortie des fumées est relativement basse, assurant ainsi à la chaudière un excellent rendement, The arrangement for circulation of hot and smoke gases further comprises a box 35 situated inside the envelope 31 and the internal space of which communicates with a smoke evacuation duct 32. The box 35 is large enough to define a tubular flow space 36 between its external wall and the casing 31. The wall of this box has orifices 37 located opposite the opening 29. The box is made of a sheet relatively thick (around 6 mm), also made self-cleaning. It further comprises a recess 38 forming a widely open cavity opposite the opening 29, so as to reduce the fumes as they exit the combustion chamber and direct them towards the flow space 36. The path of the fumes is symbolized by scrolled arrows in Figure 1. The box has an ignition valve 39, arranged to establish a direct passage between the opening 29 and the smoke exhaust duct 32. In the example described, the valve 39 is housed in the recess 38. It is intended to establish a direct evacuation of the fumes to the duct 32, only when the boiler is turned on. The tubes 18 are connected to the lower part of the enclosure 28 and communicate with its double wall space; the same applies to the water return pipe 40. Thus, the temperature of the combustion chamber 12 can be kept at a relatively high value, the cooling due to the tubes 18 being lower. Combustion is therefore complete, clean and slow. It produces little ash and no tarry residue. On the other hand, the transfer of heat to the exchanger in the enclosure 28 is very efficient, so that the outlet temperature of the fumes is relatively low, thus ensuring an excellent efficiency for the boiler,

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Chaudière à combustible solide, notamment pour bois, charbon de bois et/ou charbon, du type comportant une chambre de combustion (12) et un échangeur de chaleur (13) en contact thermique avec ladite chambre de combustion et dans lequel un fluide caloporteur tel que de l'eau est susceptible de circuler pour être réchauffé, caractérisée en ce que ledit échangeur comporte une enceinte à double paroi (28) surmontant ladite chambre de combustion et communiquant avec elle par une ouverture (29) ledit fluide caloporteur remplissant l'espace de double paroi, en ce qu'un agencement de circulation de fumées (30) est défini dans ladite enceinte et en ce que cet agencement comporte une enveloppe de tôle (31) disposée au voisinage de la paroi interne de ladite enceinte (28). 1. Solid fuel boiler, in particular for wood, charcoal and / or charcoal, of the type comprising a combustion chamber (12) and a heat exchanger (13) in thermal contact with said combustion chamber and in which a fluid coolant such as water is likely to circulate to be heated, characterized in that said exchanger comprises a double-walled enclosure (28) surmounting said combustion chamber and communicating with it through an opening (29) said coolant filling l double wall space, in that a smoke circulation arrangement (30) is defined in said enclosure and in that this arrangement comprises a sheet envelope (31) disposed in the vicinity of the internal wall of said enclosure (28 ). 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite enveloppe est constituée d'une tôle relativement mince. 2. Boiler according to claim 1, characterized in that said envelope consists of a relatively thin sheet. 3. Chaudière selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit agencement de circulation de fumées comporte un caisson (35) dont l'espace interne communique avec un conduit d'évacuation de fumées (32) ledit caisson définissant un espace d'écoulement (36) entre sa paroi externe et ladite enveloppe (31) et en ce que la paroi dudit caisson comporte des orifices (37) situés à l'opposé de l'ouverture (29) précitée. 3. Boiler according to claim 1 or 2, characterized in that said smoke circulation arrangement comprises a box (35) whose internal space communicates with a smoke evacuation duct (32) said box defining a space of flow (36) between its outer wall and said casing (31) and in that the wall of said box has orifices (37) located opposite the opening (29) mentioned above. 4. Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit caisson est constitué d'une tôle relativement épaisse. 4. Boiler according to claim 3, characterized in that said box consists of a relatively thick sheet. 5. Chaudière selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que ledit caisson comporte un renfoncement (38) largement ouvert en regard de ladite ouverture (29), de façon à rabattre les gaz chauds et fumées à leur sortie de ladite chambre de combustion (12) et les diriger vers ledit espace d'écoulement (36). 5. Boiler according to claim 3 or 4, characterized in that said box comprises a recess (38) wide open opposite said opening (29), so as to reduce the hot and smoke gases at their outlet from said combustion chamber (12) and direct them towards said flow space (36). 6. Chaudière selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que ledit caisson comporte un clapet d'allumage (39) disposé pour établir un passage direct entre ladite ouverture (29) et le conduit d'évacuation des fumées (32). 6. Boiler according to one of claims 3 to 5, characterized in that said box comprises an ignition valve (39) arranged to establish a direct passage between said opening (29) and the smoke evacuation duct (32 ). 7. Chaudière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, d'une façon connue en soi, ladite chambre de combustion (12) comporte un matelassage de briques réfractaires (15) empilées les unes sur les autres, consolidé par un système de maintien comprenant une pluralité de tôles (17) internes, agencées sensiblement verticalement de proche en proche entre des parties dudit matelassage de briques réfractaires.  7. Boiler according to one of the preceding claims, characterized in that, in a manner known per se, said combustion chamber (12) comprises quilting of refractory bricks (15) stacked on one another, consolidated by a holding system comprising a plurality of internal sheets (17), arranged substantially vertically step by step between parts of said quilting of refractory bricks. 8. Chaudière selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit échangeur comporte des tubes (18) insérés dans le matelassage de briques réfractaires et soudés respectivement auxdites tôles internes (17) et en ce que ces tubes (18) débouchent à leur partie supérieure dans l'espace de double paroi de l'enceinte (28) précitée. 8. Boiler according to claim 7, characterized in that said exchanger comprises tubes (18) inserted in the quilting of refractory bricks and welded respectively to said internal sheets (17) and in that these tubes (18) open at their upper part in the double wall space of the above-mentioned enclosure (28). 9. Chaudière selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits tubes sont raccordés par leurs extrémités inférieures à un cadre tubulaire (16). 9. Boiler according to claim 8, characterized in that said tubes are connected by their lower ends to a tubular frame (16). 10. Chaudière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le conduit de retour de fluide caloporteur (40) est raccordé à la partie inférieure de ladite enceinte (28) à double paroi dudit échangeur.  10. Boiler according to one of the preceding claims, characterized in that the heat transfer fluid return duct (40) is connected to the lower part of said enclosure (28) with double wall of said exchanger.
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