BE1006463A7 - Dispositif de combustion et de postcombustion pour combustibles solides, liquides et gazeux. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un ensemble corps de combustion-corps de postcombustion, tous deux isolés thermiquement, dont le corps de combustion est adapté au type de combustible utilisé et le corps de postcombustion est en forme de tore, notamment, permettant une homogénéisation du mélange carburant-comburant y introduit. Le corps de postcombustion disposant d'un système de contrôle et de maintien à haute température dudit mélange. Les gaz brûlés de cet ensemble pouvant être utilisés, indifféremment, en échange thermique quelconque en vue du chauffage ou en évacuation simple dans l'atmosphère dans le ces d'incinération de produits toxiques neutralisés par la haute température et l'homogénéité de leur postcombustion. Cet ensemble pouvant s'additionner en forme de kits juxtaposables.

Description

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  "Dispositif de combustion et de postcombustion pour combustibles solides, liquides et gazeux." 
On connaît divers brevets et procédés permettant d'atteindre à la postcombustion des résidus combustibles gazeux générés par une com- 
 EMI1.1 
 bustion incomplète de quel que combustible que celà soit. La catalyse et divers principes autres, dont 2 brevets belges (n 0870257 & 8800122) de l'auteur de la présente demande, tentent à améliorer les ré- sultats desdites combustion et postcombustion sans atteindre à un phénomène de postcombustion constant et fiable. 



   On sait que, notamment l'auteur par deux brevets belges   n  0870258   & 8800117, il a été associé à ces principes de postcombustion des procédés de récupération des calories produites en vue de leur utilisation pour le chauffage. Mais la postcombustion étant instable du fait des principes utilisés, les résidus gazeux étant imbrûlés, un dépôt de goudrons combustibles était généré dans les conduits de fumée avec les risques connus que celuici entraîne sous forme de feux de cheminées et de sécurité d'utilisation. 



   L'invention, composée d'une chambre de combustion associée à une chambre   depost-   combustion, a pour but d'assurer, quelle que soit la température des résidus gazeux de combustion, la plus grande constance de transformation de ces résidus en calories et gaz dits propres. Donc de stabiliser le niveau de la température des gaz brûlés et éviter, en conséquence, le bistrage des conduits et les risques qui en découlent. 

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   L'invention, dans ses composantes de combustion et de postcombustion, se caractérisant en ce que ces phémonèmes complémentaires et liés dans une unité de réactions thermiques et chimiques, est thermiquement isolée de telle sorte que le pouvoir calorifique résultant de la première réaction de combustion serve essentiellement et exclusivement à la deuxième réaction de postcombustion qui, elle-même, pendant l'ensemble de son parcours d'homogénéisation du mélange comburant-carburant, est protégée de toute déperdition calorifique. 



   L'invention, en une de ses caractéristiques remarquables, dispose, dans le circuit de postcombustion, d'un contrôle des températures, y intégré au premier tiers, après l'injection de l'air secondaire et après un premier parcours limité de préhomogénéisation de ce mélange. Associé à cette sonde de contrôle thermique, une résistance électrique est destinée à accroître, si nécessaire, la température dudit mélange et permettre, dans les deux tiers restant du circuit d'homogénéisation, de terminer cette réaction thermo-chimique qu'est la postcombustion. 



   L'invention, en une autre de ses caractéristiques principales, dispose, pour le parcours du mélange en postcombustion, d'un circuit en forme de tore (à gorge ou à collier nul suivant que les gaz à brûler sont complexes ou simples ou en fonction de la nécessité de disposer d'un plus grand parcours pour atteindre à l'homogénéité du mélange.) dont la surface interne est lisse ou non mais thermiquement isolée. 



   L'invention, en caractéristique particulière, pouvant, en lieu et place du tore, disposer d'un circuit de circulation du mélange en postcombustion, de toute forme autre que l'usage imposerait. Tout en conservant le dispositif de contrôle des températures et toute forme de principe pouvant 

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 maintenir ces températures à un niveau minimal de 800  C.. 



   En première application particulière, en figure 1, la sole inférieure étant reprise sous"la"et doublée de"lb"comme isolation thermique, les parois latérales étant reprises sous"3" dont"a"est l'entrée des gaz brûlés et"b"la sortie après une circulation dans cette paroi double gauche et droite ; en"2"la paroi de fond, double également, dont"a"est l'entrée des gaz brûlés et"b"la sortie gauche ou   droite ;"4"étant   le système torique de postcombustion que nous étudierons en une autre figure,   "5"étant   la boite à fumée récoltant de"3"les fumées avant de les évacuer par le tuyau"6". 



  Le fer à cheval"7"étant un tube carré d'apport d'air primaire (ou de combustion) chaud et insufflé par le ventilateur (ou la turbine) non représenté et situé   sous"1". (Il   est à noter que toutes les parois sont doubles et en matériau réfractaire isolant pour les intérieurs en contact avec le feu, la   paroi"4"étant   entièrement en réfractaire isolant. Les extérieurs des parois ou   modules"l","2","3"et"5"étant   en matériau diffusant ou thermiquement conducteur). 



   En figure 2, la circulation des fumées apparaît clairement : Le combustible étant en   "a",   la fumée étant symbolisée par de petites croix, + pleines ou évidées selon qu'elles sont hors ou entre les panneaux des parois modulaires, la fumée est aspirée par   l'orifice"b"dans   le circuit de postcombustion où elle emprunte le circuit torique avant de descendre en"c"où un déflecteur la dirige vers le centre avant qu'elle ne soit aspirée (ou refoulée)   vers "d'et d". " où.   à nouveau un déflecteur l'obli- ge à parcourir le chemin le plus long avant d'être admise en"e", boite à fumée, puis éjectée par"f" dans la cheminée. (Il est évident que ces divers mo- dules sont destinés à s'assembler et à s'inscrire en un caisson de convection-Fig. 6-). 

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   En   figure 3,"c. f." indique   les conduits de   fumée ;"a. s." l'air   secondaire ou de postcombustion ;"s. i" une application particulière de sole inclinée pouvant être utilisée, par l'apport de calories des fumées sous sa surface, pour l'évaporation de combustible à haute teneur en humidité   ;"t. r." in-   diquant le tirage direct, lors de l'ouverture de la trappe frontale d'alimentation (de manière à éviter la dispersion de fumées à l'extérieur du corps de combustion) ainsi que le décendrage lors d'un ramonage de la cheminée. 



   En figure 4, le module de postcombustion composé de"1"comme entrée des   fumées,"2"   étant l'ensemble sonde-résistance pour stabiliser la température de ladite   fumée, "3" étant   l'entrée d'air secondaire ou de   postcombustion,"4"étant   la sortie des fumées après le parcours dans le tore thermique-   ment isolé,"5"étant   une ouverture de prise directe des fumées (cas d'application parmi d'autres non-limitatives) lors de l'ouverture de la porte du foyer. 



   En figure 5, un double module torique (qui pourrait être multiplié selon les utilisations et les besoins en température de combustion des fumées)   où"e. f." est   l'entrée de la   fumée, "a"   un ensemble de module torique de   postcombustion,"b"   un serpentin (ou toute technique autre connue) d'échange thermique des calories contenues dans la fumée s'échappant par"s. f. ou sortie des fumées. 



   En figure 6, un cas particulier d'application sous forme de cassette ou insert pour le chauffage domestique où apparaissent en"C"le caisson de convection, en"1"la sole, en"3"les doubles parois latérales, en"4"le module de postcombustion, en   "5"la boite   à fumée, en"2"la double paroi arrière et en"F-6"la sortie des fumées (dont la position est déterminée sur le haut de l'ensemble pour une meilleure lisibilité de la perspective mais peut être située à l'arrière de l'ensemble présenté). 

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   En figure 7 apparaît un ensemble double où le volume réservé au combustible est doublé, où la puissance calorifique est deux fois supérieure à la puissance de base décrite jusqu'ici. En"a"une sole (surface double de la sole initiale), en"c"deux parois de fond, en"d"les doubles parois latérales gauche et droite, en"b"les modules de postcombustion et en   "e"les boites à fumée dont la sortie de fumée peut   se situer indifféremment en haut à gauche ou à droite, ou à l'arrière de même. 



   En figure 8 est symbolisé un mini échangeur thermique, dont la technique est connue, pouvant se placer sur tout ensemble non pourvu de caisson de convection. En"1"est l'entrée des fumées en provenance de l'ensemble combustion-postcombustion, les + croix représentant cette fumée,   en "2" l'échangeur   de chaleur, en"3"la sortie des fumées, en"4"le ventilateur ou turbine quelconque pour eau ou air ou fluide au-   tre,, en"5"la sortie du fluide chaud.   



   En figure 9, un ensemble complet de chauffe sans convecteur (sur lequel pourrait se greffer l'échangeur repris en fig. 8) composé,   en"1'',   du corps de combustion dont la forme symbolisée ici est indicative et non déterminante, en"2"un module de postcombustion où l'élément torique est situé dans la moitié inférieure de ce module, en"5"les croix + symbolisent le parcours de la fumée additionnée en"6"de l'air de postcombustion ou air secondaire et maintenue à température par la sonde-résistance   en"7".     En"4"l'entrée des   fumées du corps de chauffe dans l'ensemble de postcombustion ; en"9"l'entrée d'air primaire destiné au corps de chauffe ; en"8"le manchon de raccordement au conduit de fumée-cheminée et en"3"le couvercle-trappe de chargement en combustible.

   L'ensemble de ce qui est présenté étant constitué de matériau réfractaire isolant à l'exception du couvercle"3"pouvant être, en fonction de la nécessité, en matériau diffusant pouvant faire l'office d'une plaque de cuisson, par exemple. 

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   De ces diverses figures il ressort que tant l'espace de combustion que celui de postcombustion sont isolés thermiquement. En outre, les figures 1,. 3 et 9 font apparaître que l'air de combustion ainsi que l'air de postcombustion ont un circuit à l'intérieur du corps de chauffe avant d'être introduits dans leurs fonctions respectives. Dans les figures 1 et 3 on constatera que les prises d'air, primaire ou secondaire (de convection), ont leur entrée d'air dans la partie inférieure de l'ensemble présenté, soit sous la sole supportant le combustible. Cet emplacement profitant du flux d'air généré par la turbine pulsant l'air de convection.

   L'ensemble combustion-postcombustion se trouve soumis à deux forces s' additionnant : une force de poussée d'air artificielle provenant du circuit de convection et une force d'aspiration provenant de la dépression naturelle de la cheminée. Les deux forces réunies permettant d'équilibrer les pertes de charge générées par le circuit contrarié imposé à la circulation des fumées. (Fig. 2). 



  Par contre, en figure 9, disposant d'un circuit moins contrarié pour la fumée, d'où d'une perte de charge faible de la force d'aspiration naturelle de la cheminée, le principe de l'air pulsé a été abandonné. 



  Mais le circuit à l'intérieur du corps de chauffe des amenées d'air primaire et secondaire sont maintenues permettant, ainsi, d'améliorer les processus de combustion et de postcombustion par une amenée d'air à haute température (400 à 600  C.). En figure 3, par ailleurs, apparaît un double plan incliné recevant un apport de calories à température élevée (plus de 800    C. ) en provenance, presque non contrariée, du tore   de postcombustion. Cette double (ou triple ou unique de forme quelconque mais inclinée) sole étant destinée à assurer l'apport calorifique nécessaire à l'évaporation de tout combustible humide (nécessitant un apport de calories pour s'évaporer) et à conserver à la chambre de combustion ses propres calories et sa température élevée nécessaires à une bonne postcombustion. 

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   De la description de la figure 1 il est clair qu'il faut considérer qu'ayant à faire à un ensemble de chauffe, les calories produites doivent être captées par l'air de convection (fig. 6) et que, dés lors, les parois extérieures sont toutes thermo-conductrices, à l'exception de 2ao dont l'intérêt de soles inclinées (fig. 3) nécessiterait d'isoler l'ensemble   2.   



   Des descriptions en Fig. 1 & 2, il ressort que le parcours des fumées, après postcombustion, est contrarié par diverses chicanes ou déflecteurs. Il est clair qu'ayant à échanger les calories produites par la combustion-postcombustion l'intérêt d'un parcours le plus long et turbulent apportera les résultats les plus satisfaisants. Le profil des conduits tel que symbolisé par les divers croquis présentés étant indicatif et non déterminant, de même le nombre et la forme des chicanes. 



   En figure 1 le module de postcombustion est situé au-dessus du module de combustion, en figure 9 ce même module de postcombustion est situé sur la face arrière du module de combustion. Il est évident que la position de ce module de postcombustion n'est pas déterminante quant au bon fonctionnement de l'ensemble combustion-postcombustion mais est bien dépendante del' objectif poursuivi par le concepteur. 



   En figure 4 sous le"1"est indi- quée l'entrée des fumées. Dans certains cas d'utilisa- tion cette entrée peut être garnie d'un catalyseur et permettre d'éviter la résistance"2", le catalyseur donnant son meilleur rendement dans les températures moyen- nes et la postcombustion dans les températures supérieures, l'addition des deux principes permettrait d'atteindre à une postcombustion stabilisée dans les températures vari- ant de   3000 à 6000 C   (température des fumées dans le corps de combustion).

Claims (14)

1. REVENDICATIONS 1. Ensemble de combustion de tout type de combustible dont la chambre de combustion est associée, en la continuité de ses effets, à une chambre de postcombustion, isolées toutes deux thermiquement, et recevant un air comburant, primaire ou secondaire selon la chambre considérée, porté à haute température dans son parcours canalisé au travers de la chambre de combustion pour l'air primaire ou au travers des gaz brûlés et de haute température en provenance directe de la chambre de postcombustion. (Fig. 1-"7" & Fig. 3-"a. s."). La chambre de combustion ayant une forme géométrique quelconque adaptée au combustible utilisé et la chambre de postcombustion s'inscrivant dans un volume en forme de tore ou d'anneau dont la section est circulaire, rectangulaire ou de diverses formes de section (s) suivant l'effet de turbulences recherché.

   Trois fenêtres étant pratiquées dans la chambre de postcombustion (Fig. 4), la première (1) étant l'admission des gaz produits dans la chambre de combustion, la deuxième (3) l'admission de l'air secondaire chaud et la troisième, proche mais séparée de la première, étant l'éjection des gaz haute température brûlés ou oxydés avec effet exothermique dans la chambre de postcombustion. La troisième fenêtre étant reprise sous (2).

   La forme de TORE ou d'ANNEAU pour la chambre de postcomayant été retenue comme étant la plus adaptée pour permettre une réaction de postcombustion aussi complète que possible grâce à l'effet de turbulence homogène engendré lors de la circulation de fluides gazeux dans un volume inscrit dans la surface engendrée par une section tournant autour d'un point central. La forme d'un tore pouvant être allongée ou reliée à deux demis tores (Fig. 9) où les effets de tubulences se contrarient, section après section, augmentant l'échauffement et l'homogénéité du mélange comburant-carburant en vue de son oxydation exothermique. <Desc/Clms Page number 9>
2. 2. Ensemble de combustion selon la la revendication 1. où la chambre de postcombustion est formée de deux ou plusieurs tores reliés entr'eux (Fig. 5) et formant ainsi une circulation des gaz dans un circuit en forme de spirale ascendante ou descendante et, ce, suivant un sens giratoire constant ou alterné, tore par tore, et disposant une entrée d'air secondaire (Fig. 4-"3"), air secondaire haute température tel que défini ci-avant, à l' un quelconque des tores ou à plusieurs d'entr'eux. La sortie des gaz brûlés étant destinée à quelle qu'utilisation que l'on souhaite. (Echange thermique ou évacuation simple).
3. 3. Ensemble de combustion selon les revendications l. et 2. où la chambre de postcombustion est accolée, par contact direct ou par une entre. toise tubulaire isolée thermiquement, à la chambre de combustion et dispose d'un dispositif de contrôle de la température des gaz émis par la chambre de combustion, dispositif pouvant être indifféremment une sonde, un bilame ou autre assurant un contrôle fiable de ladite température et déclenchant l'activité d' une résistance électrique ou d'un quelconque arc-électrique destiné à augmenter ou à maintenir la température (800 C) desdits gaz de combustion associés à l'air secondaire (Fig.
4. 4. Ensemble de combustion selon 1., 2. & 3. où les gaz haute température émis par la chambre de postcombustion sont récoltés en vue d'échange thermique dans un ensemble de conduits formant enceinte autour dudit ensemble de combustion. (Fig. 1,3 & 6. ) Lesdits conduits disposant de chicanes (Fig. 2) contrariant ou orientant la circulation de la fumée haute température sur l'ensemble de la surface dudit ensemble de combustion de telle sorte que l'échange thermique avec l'air de convection (Fig. 6), pulsé dans un caisson de convection, englobant les éléments précités, dispose d'une surface maximale à cet effet.

   4-"3" & "2"), l'association des gaz comburants étant pratiquée en en amont du dispositif de contrôle et ledit dispositif étant lui-même en amont du dispositif de réchauffement-assistance à 800 C. dudit gaz comburant (Fig. 4). Ladite température de 800 C. étant choisie comme idéale pour l'oxydation la plus complète des Carbones, Hydrocarbures et Hydrogène généralement contenus dans les combustibles naturels et partiellement dans les combustibles fossiles, cette température ayant été déterminée empiriquement, elle est susceptible d' être modifiée en plus ou en moins selon la qualité d'oxydation souhaitée. <Desc/Clms Page number 10>
5. 5. Ensemble de combustion selon les revendications 1., 2,3. & 4 où l'air primaire et l'air secondaire (Fig. 1-"7"et Fig. 3-"a. s.") sont prélevés dans le circuit d'air pulsé de convection et sont, de ce fait, introduits sous pression dans leur chambre respective de combustion et de postcombustion (après avoir été réchauffés en leurs parcours respectifs-revendication 1.).
6. 6. Ensemble de combustion selon les EMI10.1 revendications 1., 2., 3., 4. & 5. où (Fig. 3-"s. i.") les gaz haute température, après être passés par la boite de distribution (Fig. 2-"c.") passent sous une ou plusieurs soles, inclinées ou non, pour apporter les calories nécessaires à l'évaporation du combustible distribué sur lesdites soles.
7. 7. Ensemble de combustion selon les revendications 1., 2., 3., 4., 5. & 6. où les éléments constitutifs tant pour la chambre de combustion que pour la chambre de postcombustion et éléments destinés à la circulation des fumées sont des modules standardisés pouvant être juxtaposés, type de module par type de module, pour augmenter, dans la même proportion, la capacité de la chambre de combustion et modifier ou non le pouvoir calorifique du nou- vel ensemble ainsi créé. (Fig. 7) Ce dernier pouvant s'inscrire, ou non, dans un caisson de convection (Fig. 6-"C").
8. 8. Ensemble de combustion selon les revendications précédentes où l'alimentation en air primaire et secondaire est effectuée par la seule dépression natu- <Desc/Clms Page number 11> relle du conduit de fumée et où la chambre de postcombustion est constituée d'un demi tore, ou anneau, droit ou gauche, suivi d'un tore complet, lui-même suivi d'un demi tore, gauche ou droit. L'ensemble pouvant n'être pas inséré dans un caisson de convection (Fig. 9) et être ou non associé à un échangeur thermique quelconque (Fig. 8).
9. 9. Ensemble de combustion selon les revendications précédentes où les modules peuvent être réalisés indifféremment en acier haute température, fonte ou céramique réfractaire, ou l'association de ces divers matériaux, pour autant que l'ensemble des parois en contact avec la combustion et la postcombustion soit thermiquement isolé.

   Selon l'état de la technique, les modules pouvant être associés entr'eux de quelle que façon que celà soit.
10. 10. Ensemble de combustion selon les revendications précédentes où la chambre de postcombustion peut être placée indifféremment sur quelle que face que cela soit de la chambre de combustion.
11. 11. Ensemble de combustion selon les revendications 1., 2. & 3. où l'entrée (Fig. 4-"l") des gaz de combustion dans la chambre de postcombustion est équipée d'un catalyseur permettant, dans les températures inférieures à 800 C., aux fumées de combustion d'atteindre, sans l'appoint d'une quelconque forme de résistance électrique, le niveau de température propice à une bonne postcombustion.
12. 12. Ensemble de combustion selon les revendications 3. & 5 caractérisé en ce que la sonde thermique de la chambre de postcombustion peut commander le débit d'air primaire, et éventuellement secondaire, pour diminuer en proportion la puissance de la combustion et, donc, de la postcombustion. La sonde thermique pouvant, en cas de température basse, (arrêt total du feu dans la chambre de combustion) arrêter la turbine de convection et la résistance de postcombustion.
13. 13. Ensemble de combustion selon les revendications 1-13, caractérisé en ce que (Fig. 5-"b") un serpentin, ou autre technique, prélève les calories produites sur tout ou partie de l'ensemble de combustion. <Desc/Clms Page number 12>
14. 14. Ensemble de combustion selon les revendications 1 à 13 caractérisé en ce que, lors de l'ouverture de la trappe de chargement le circuit de ventilation-convection s'arrête, l'injection d'air primaire et d'air secondaire également et une fenêtre (Fig. 4-"5"et Fig. 3- "t. r.") s'ouvre permettant un tirage direct du conduit de cheminée dans la chambre de combustion.